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DE112022001045T5 - semiconductor laser element - Google Patents

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DE112022001045T5
DE112022001045T5 DE112022001045.2T DE112022001045T DE112022001045T5 DE 112022001045 T5 DE112022001045 T5 DE 112022001045T5 DE 112022001045 T DE112022001045 T DE 112022001045T DE 112022001045 T5 DE112022001045 T5 DE 112022001045T5
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DE
Germany
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semiconductor laser
laser element
layer
light
semiconductor layer
Prior art date
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Application number
DE112022001045.2T
Other languages
German (de)
Inventor
Hiroyuki HAGINO
Tsuyoshi Tanaka
Takuma Katayama
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Holdings Corp
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Publication date
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Abstract

Ein Halbleiterlaserelement (1) umfasst: ein Substrat (10); eine erste Halbleiterschicht (20), die über dem Substrat (10) angeordnet ist; eine Lichtemissionsschicht (30), die über der ersten Halbleiterschicht (20) angeordnet ist; eine zweite Halbleiterschicht (40), die über der Lichtemissionsschicht (30) angeordnet ist; und einen Nutteil (70), der wenigstens an dem Substrat (10) und der ersten Halbleiterschicht (20) ausgebildet ist. Die zweite Halbleiterschicht (40) weist einen Gratteil (40a) für das Leiten eines in der Lichtemissionsschicht (30) erzeugten Laserlichts auf. Die Breite des Gratteils (40a) ändert sich zyklisch in Entsprechung zu der Position in einer Wellenleitungsrichtung des Gratteils (40a). Der Winkel zwischen einer Seitenfläche (40b) des Gratteils (40a) und der Wellenleitungsrichtung ist größer als ein Grenzwinkel, der durch einen effektiven Brechungsindex jeweils auf einer Innenseite des Gratteils (40a) und einer Außenseite des Gratteils (40a) gebildet wird. Der Nutteil (70) ist auf der Außenseite der Seitenfläche (40b) wenigstens dort, wo die Breite des Gratteils (40a) klein ist, ausgebildet.

Figure DE112022001045T5_0000
A semiconductor laser element (1) comprises: a substrate (10); a first semiconductor layer (20) disposed over the substrate (10); a light emitting layer (30) disposed over the first semiconductor layer (20); a second semiconductor layer (40) disposed over the light emitting layer (30); and a groove portion (70) formed at least on the substrate (10) and the first semiconductor layer (20). The second semiconductor layer (40) has a ridge part (40a) for guiding a laser light generated in the light emission layer (30). The width of the ridge part (40a) changes cyclically in accordance with the position in a wave guiding direction of the ridge part (40a). The angle between a side surface (40b) of the ridge part (40a) and the wave guide direction is larger than a critical angle, which is formed by an effective refractive index on an inside of the ridge part (40a) and an outside of the ridge part (40a). The groove part (70) is formed on the outside of the side surface (40b) at least where the width of the ridge part (40a) is small.
Figure DE112022001045T5_0000

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL FIELD

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterlaserelement und ist zum Beispiel für die Verwendung bei einer Verarbeitung von Produkten geeignet.The present invention relates to a semiconductor laser element and is suitable for use in processing products, for example.

Die vorliegende Anmeldung ist Ergebnis einer Auftragsforschung unter dem Titel „Development of advanced laser processing with intelligence based on high-brightness and high-efficiency laser technologies / Development of new light-source/elemental technologies for advanced processing / Development of GaN-based high-power high-beam quality semiconductor lasers for highly-efficient laser processing“ der New Energy and Industrial Technology Development Organization für das Finanzjahr 2016 und ist eine Patentanmeldung, für die der Artikel 17 des Industrial Technology Enhancement Act gilt.This application is the result of contract research under the title “Development of advanced laser processing with intelligence based on high-brightness and high-efficiency laser technologies / Development of new light-source/elemental technologies for advanced processing / Development of GaN-based high- power high-beam quality semiconductor lasers for highly-efficient laser processing” of the New Energy and Industrial Technology Development Organization for fiscal year 2016 and is a patent application covered by Article 17 of the Industrial Technology Enhancement Act.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

In den letzten Jahren wurden Halbleiterlaserelemente bei der Verarbeitung von verschiedenen Produkten verwendet. Um in einem derartigen Halbleiterlaserelement die Verarbeitungsqualität zu verbessern, weist das von dem Halbleiterlaserelement emittierte Licht vorzugsweise eine hohe Ausgabeleistung auf und ist der Anteil einer Grundmode erhöht, während eine Mode einer höheren Ordnung möglichst weitgehend abgeschnitten ist.In recent years, semiconductor laser elements have been used in the processing of various products. In order to improve the processing quality in such a semiconductor laser element, the light emitted by the semiconductor laser element preferably has a high output power and the proportion of a fundamental mode is increased, while a mode of a higher order is cut off as much as possible.

Die unten genannte Patentliteratur 1 beschreibt ein Halbleiterlaserelement, das umfasst: einen Lichtwellenleitermechanismus mit einer rauen Oberfläche, der an beiden Seitenwänden eines streifenförmigen Gratteils in der Mitte in der Wellenleitungsrichtung vorgesehen ist; und einen parallelen Lichtwellenleitermechanismus mit einer glatten Oberfläche, der an beiden Enden in der Wellenleitungsrichtung vorgesehen ist. Durch den Lichtwellenleitermechanismus mit einer rauen Oberfläche wird ein Verlust in der Mode der höheren Ordnung verursacht und wird der Anteil der Grundmode erhöht.Patent Literature 1 mentioned below describes a semiconductor laser element comprising: an optical waveguide mechanism with a rough surface provided on both side walls of a stripe-shaped ridge portion at the center in the waveguiding direction; and a parallel optical fiber mechanism with a smooth surface provided at both ends in the waveguide direction. The optical fiber mechanism with a rough surface causes a loss in the higher order mode and increases the proportion of the fundamental mode.

REFERENZLISTEREFERENCE LIST

[PATENTLITERATUR][PATENT LITERATURE]

[PTL 1] Offengelegtes japanisches Patent mit der Veröffentlichungsnummer H9-246664[PTL 1] Japanese Patent Laid-Open Publication Number H9-246664

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

PROBLEMSTELLUNGPROBLEM STATEMENT

In der Konfiguration der Patentliteratur 1 kann eine Welligkeit (Störung) in einem vertikalen Fernfeldmuster verursacht werden. In diesem Fall wird die Form des Emissionslichts beträchtlich von einer idealen Gaußschen Form verschoben. Dadurch wird das Problem verursacht, dass die Qualität des von dem Halbleiterlaserelement emittierten Laserlichts vermindert wird.In the configuration of Patent Literature 1, a ripple (disturbance) may be caused in a vertical far-field pattern. In this case, the shape of the emission light is shifted significantly from an ideal Gaussian shape. This causes a problem that the quality of the laser light emitted from the semiconductor laser element is lowered.

Angesichts des vorstehend genannten Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiterlaserelement vorzusehen, das eine Welligkeit in dem vertikalen Fernfeldmuster unterdrücken kann und den Anteil der Grundmode erhöhen kann.In view of the above problem, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser element that can suppress ripple in the vertical far field pattern and increase the fundamental mode content.

PROBLEMLÖSUNGTROUBLESHOOTING

Ein Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Halbleiterlaserelement. Das Halbleiterlaserelement gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: ein Substrat; eine erste Halbleiterschicht, die über dem Substrat angeordnet ist; eine Lichtemissionsschicht, die über der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist; eine zweite Halbleiterschicht, die über der Lichtemissionsschicht angeordnet ist; und einen Nutteil, der wenigstens an dem Substrat und der ersten Halbleiterschicht ausgebildet ist. Die zweite Halbleiterschicht weist einen Gratteil für das Leiten des in der Lichtemissionsschicht erzeugten Laserlichts auf. Die Breite des Gratteils ändert sich in Entsprechung zu der Position in einer Wellenleitungsrichtung des Gratteils. Der Winkel zwischen einer Seitenfläche des Gratteils und der Wellenleitungsrichtung ist größer als ein Grenzwinkel, der durch einen effektiven Brechungsindex jeweils an einer Innenseite des Gratteils und einer Außenseite des Gratteils definiert wird. Der Nutteil ist an der Außenseite der Seitenfläche wenigstens dort angeordnet, wo die Breite des Gratteils klein ist.A main aspect of the present invention relates to a semiconductor laser element. The semiconductor laser element according to the present invention includes: a substrate; a first semiconductor layer disposed over the substrate; a light emitting layer disposed over the first semiconductor layer; a second semiconductor layer disposed over the light emitting layer; and a groove portion formed at least on the substrate and the first semiconductor layer. The second semiconductor layer has a ridge portion for guiding the laser light generated in the light emitting layer. The width of the ridge part changes in correspondence to the position in a wave guiding direction of the ridge part. The angle between a side surface of the ridge part and the wave guide direction is larger than a critical angle defined by an effective refractive index at an inside of the ridge part and an outside of the ridge part, respectively. The groove part is arranged on the outside of the side surface at least where the width of the ridge part is small.

Weil bei dem Halbleiterlaserelement dieses Aspekts der Winkel zwischen der Seitenfläche des Gratteils und der Wellenleitungsrichtung größer gesetzt ist als der Grenzwinkel, wird Laserlicht in der Mode der höheren Ordnung abgeschnitten und wird der Anteil des Laserlichts in der Grundmode erhöht. Der Nutteil ist wenigstens an dem Substrat und der ersten Halbleiterschicht ausgebildet und an der Außenseite der Seitenfläche wenigstens dort, wo die Breite des Gratteils klein ist, ausgebildet. Dementsprechend ist das Auftreten einer nach unten gerichteten Bewegung der Verteilungsposition des an dem Gratteil (Wellenleiter) fortschreitenden Laserlichts weniger wahrscheinlich, wodurch eine Welligkeit in dem vertikalen Fernfeldmuster unterdrückt wird. Es wird also eine Welligkeit in dem vertikalen Fernfeldmuster unterdrückt, und der Anteil der Grundmode kann erhöht werden.In the semiconductor laser element of this aspect, because the angle between the side surface of the ridge portion and the waveguide direction is set larger than the critical angle, laser light in the higher order mode is cut off and the proportion of the laser light in the fundamental mode is increased. The groove part is formed at least on the substrate and the first semiconductor layer and is formed on the outside of the side surface at least where the width of the ridge part is small. Accordingly, downward movement of the distribution position of the laser light propagating on the ridge part (waveguide) is less likely to occur, thereby causing a ripple in the vertical far-field pattern is pressed. A ripple in the vertical far field pattern is therefore suppressed and the proportion of the fundamental mode can be increased.

VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNGADVANTAGEOUS EFFECTS OF THE INVENTION

Wie weiter oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Halbleiterlaserelement, das eine Welligkeit in dem vertikalen Fernfeldmuster unterdrücken kann und den Anteil der Grundmode erhöhen kann, vorgesehen werden.As described above, according to the present invention, a semiconductor laser element that can suppress ripple in the vertical far field pattern and increase the fundamental mode content can be provided.

Die Effekte und die Bedeutung der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung einer Ausführungsform verdeutlicht. Die im Folgenden beschriebene Ausführungsform ist jedoch lediglich beispielhaft für die Implementierung der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung ist in keiner Weise auf die hier beschriebene Ausführungsform beschränkt.The effects and significance of the present invention will be illustrated by the following description of an embodiment. However, the embodiment described below is merely an example of the implementation of the present invention. The present invention is in no way limited to the embodiment described herein.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

  • 1 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration eines Halbleiterlaserelements gemäß einer Ausführungsform zeigt. 1 is a plan view schematically showing a configuration of a semiconductor laser element according to an embodiment.
  • 2 ist eine Querschnittansicht, die schematisch eine Konfiguration des Halbleiterlaserelements in einem A-A`-Querschnitt in der positiven Y-Achsen-Richtung gemäß der Ausführungsform zeigt. 2 Fig. 10 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of the semiconductor laser element in an AA cross section in the Y-axis positive direction according to the embodiment.
  • 3(a) und 3(b) sind jeweils Querschnittansichten für die Beschreibung eines Produktionsverfahrens für das Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform. 3(a) and 3(b) are cross-sectional views for describing a production method of the semiconductor laser element according to the embodiment.
  • 4(a) und 4(b) sind jeweils Querschnittansichten für die Beschreibung eines Produktionsverfahrens für das Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform. 4(a) and 4(b) are cross-sectional views for describing a production method of the semiconductor laser element according to the embodiment.
  • 5(a) und 5(b) sind jeweils Querschnittansichten für die Beschreibung eines Produktionsverfahrens für das Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform. 5(a) and 5(b) are cross-sectional views for describing a production method of the semiconductor laser element according to the embodiment.
  • 6(a) und 6(b) sind jeweils Querschnittansichten für die Beschreibung eines Produktionsverfahrens für das Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform. 6(a) and 6(b) are cross-sectional views for describing a production method of the semiconductor laser element according to the embodiment.
  • 7(a) und 7(b) sind jeweils Querschnittansichten für die Beschreibung eines Produktionsverfahrens für das Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform. 7(a) and 7(b) are cross-sectional views for describing a production method of the semiconductor laser element according to the embodiment.
  • 8(a) und 8(b) sind jeweils Querschnittansichten für die Beschreibung eines Produktionsverfahrens für das Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform. 8(a) and 8(b) are cross-sectional views for describing a production method of the semiconductor laser element according to the embodiment.
  • 9(a) und 9(b) sind jeweils Querschnittansichten für die Beschreibung eines Produktionsverfahrens für das Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform. 9(a) and 9(b) are cross-sectional views for describing a production method of the semiconductor laser element according to the embodiment.
  • 10 ist eine Querschnittansicht, die schematisch eine Konfiguration einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß der Ausführungsform zeigt. 10 Fig. 10 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor laser device according to the embodiment.
  • 11 ist eine Draufsicht, die schematisch die Größen einer Seitenfläche eines Gratteils gemäß der Ausführungsform zeigt. 11 Fig. 10 is a plan view schematically showing the sizes of a side surface of a burr part according to the embodiment.
  • 12(a) ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen einer Brechungsindexdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite des Gratteils und einen Grenzwinkel gemäß der Ausführungsform zeigt. 12(b) ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen einer gegebenen Distanz der Seitenfläche in der Y-Achsenrichtung und dem lokalen Minimumwert der Breite der Seitenfläche in der X-Achsenrichtung gemäß der Ausführungsform zeigt. 12(a) Fig. 12 is a graph showing the relationship between a refractive index difference between the inside and the outside of the ridge part and a critical angle according to the embodiment. 12(b) is a graph showing the relationship between a given distance of the side surface in the Y-axis direction and the local minimum value of the width of the side surface in the X-axis direction according to the embodiment.
  • 13(a) ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration eines Halbleiterlaserelements gemäß einem Vergleichsbeispiel 1 zeigt. 13(b) und 13(c) sind Querschnittansichten, die jeweils schematisch Konfigurationen eines Halbleiterlasers bei einem A11-A12-Querschnitt und einem A21-A22-Querschnitt in der positiven Y-Achsenrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 zeigen. 13(a) is a plan view schematically showing a configuration of a semiconductor laser element according to Comparative Example 1. 13(b) and 13(c) are cross-sectional views each schematically showing configurations of a semiconductor laser at an A11-A12 cross-section and an A21-A22 cross-section in the positive Y-axis direction according to Comparative Example 1.
  • 14 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration eines Halbleiterlaserelements gemäß einem Vergleichsbeispiel 2 zeigt. 14 is a plan view schematically showing a configuration of a semiconductor laser element according to Comparative Example 2.
  • 15 enthält Kurvendiagramme, die ein Ergebnis eines Experiments auf einem vertikalen Fernfeldmuster zeigen, das erhalten wird, wenn die Strukturen der Gratteile der Halbleiterlaserelemente gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 und 2 geändert werden. 15 contains curve diagrams showing a result of an experiment on a vertical far-field pattern obtained when the structures of the ridge parts of the semiconductor laser elements according to Comparative Examples 1 and 2 are changed.
  • 16(a) ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration eines Halbleiterlaserelements gemäß der Ausführungsform zeigt. 16(b) und 16(c) sind Querschnittansichten, die jeweils schematisch Konfigurationen eines Halbleiterlaser bei einem A31-A32-Querschnitt und einem A41-A42-Querschnitt in der positiven Y-Achsenrichtung gemäß der Ausführungsform zeigen. 16(a) Fig. 10 is a plan view schematically showing a configuration of a semiconductor laser element according to the embodiment. 16(b) and 16(c) are cross-sectional views each schematically showing configurations of a semiconductor laser at an A31-A32 cross-section and an A41-A42 cross-section in the positive Y-axis direction according to the embodiment.
  • 17(a) ist eine Querschnittansicht, die schematisch eine Konfiguration eines Halbleiterlaserelements gemäß einer Modifikation 1 zeigt. 17(b) ist eine Querschnittansicht, die schematisch eine Konfiguration eines Halbleiterlaserelements gemäß einer Modifikation 2 zeigt. 17(a) is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor laser element according to Modification 1. 17(b) is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor laser element according to Modification 2.
  • 18 ist eine Querschnittansicht, die schematische eine Konfiguration eines Halbleiterlaserelements gemäß einer Modifikation 3 zeigt. 18 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor laser element according to Modification 3.
  • 19 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration eines Halbleiterlaserelements gemäß einer Modifikation 4 zeigt. 19 is a plan view schematically showing a configuration of a semiconductor laser element according to a modification 4.
  • 20 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration eines Halbleiterlaserelements gemäß einer Modifikation 5 zeigt. 20 is a plan view schematically showing a configuration of a semiconductor laser element according to a modification 5.

Es ist zu beachten, dass die Zeichnungen beispielhaft für die Erfindung sind und den Erfindungsumfang in keiner Weise einschränken.It should be noted that the drawings are exemplary of the invention and do not limit the scope of the invention in any way.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNGPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Der Einfachheit halber ist jede Zeichnung mit Angaben der orthogonalen X-, Y- und Z-Achsen versehen. Die X-Achsenrichtung ist die Breitenrichtung eines Gratteils, und die Y-Achsenrichtung ist die Fortschrittsrichtung (Resonatorlängsrichtung) des Lichts an dem Gratteil. Die Z-Achsenrichtung ist die Laminierungsrichtung der Schichten des Halbleiterlaserelements, wobei die positive Z-Achsenrichtung die Richtung nach oben ist.An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. For convenience, each drawing is labeled with the orthogonal X, Y, and Z axes. The The Z-axis direction is the lamination direction of the layers of the semiconductor laser element, where the positive Z-axis direction is the upward direction.

1 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration eines Halbleiterlaserelements 1 zeigt. 1 is a plan view schematically showing a configuration of a semiconductor laser element 1.

In dem Halbleiterlaserelement 1 ist ein sich linear in der Y-Achsenrichtung erstreckender Gratteil 40a in Nachbarschaft zu der Mitte in der X-Achsenrichtung vorgesehen. Der Gratteil 40a bildet einen Wellenleiter WG, der das Laserlicht leitet. Der Gratteil 40a leitet das in einer Lichtemissionsschicht 30 (siehe 2) erzeugte und in dem Halbleiterlaserelement 1 oszillierende Laserlicht entlang des Gratteils 40a. Eine Seitenfläche 40b ist an jedem der Enden auf der positiven Seite der X-Achsen und der negativen Seite der X-Achse des Gratteils 40a vorgesehen. In einer Draufsicht bildet die Seitenfläche 40b einen Winkel θa oder einen Winkel θb in Bezug auf die Y-Z-Ebene, wodurch sich die Breite des Gratteils 40a zyklisch in Entsprechung zu der Wellenleitungsrichtung (der Y-Achsenrichtung) des Gratteils 40a ändert.In the semiconductor laser element 1, a ridge portion 40a extending linearly in the Y-axis direction is provided adjacent to the center in the X-axis direction. The ridge part 40a forms a waveguide WG that guides the laser light. The ridge part 40a conducts the light emission layer 30 (see 2 ) generated and oscillating laser light in the semiconductor laser element 1 along the ridge part 40a. A side surface 40b is provided at each of the ends on the positive side of the X-axis and the negative side of the X-axis of the ridge part 40a. In a plan view, the side surface 40b forms an angle θa or an angle θb with respect to the YZ plane, whereby the width of the ridge portion 40a changes cyclically in accordance with the waveguiding direction (the Y-axis direction) of the ridge portion 40a.

An jeder Außenseite jedes Teils, wo die Breite in der X-Achsenrichtung des Gratteils 40a klein ist, ist ein Nutteil 70 vorgesehen. Der Nutteil 70 weist eine dreieckige Form in einer Draufsicht auf, wobei die Breite des Nutteils 70 in der X-Achsenrichtung in Entsprechung zu der Position in der Y-Achsenrichtung verschieden ist. An einer Position in der Y-Achsenrichtung, wo die Breite in der X-Achsenrichtung des Gratteils 40a klein wird, wird die Breite in der X-Achsenrichtung des Nutteils 70 groß. Die Position in der Z-Achsenrichtung des Nutteils 70 wird weiter unten mit Bezug auf 2 beschrieben. Die durch den Nutteil 70 vorgesehenen Effekte werden weiter unten mit Bezug auf 16(a) bis 16(c) beschrieben.A groove part 70 is provided on each outside of each part where the width in the X-axis direction of the ridge part 40a is small. The groove part 70 has a triangular shape in a plan view, and the width of the groove part 70 in the X-axis direction is different in correspondence to the position in the Y-axis direction. At a position in the Y-axis direction where the width in the X-axis direction of the ridge part 40a becomes small, the width in the X-axis direction of the groove part 70 becomes large. The position in the Z-axis direction of the groove part 70 will be described below with reference to 2 described. The effects provided by the groove portion 70 are discussed below with reference to 16(a) to 16(c) described.

Eine Endfläche 1a ist die Endfläche des Gratteils 40a, der auf der positiven Seite der Y-Achse angeordnet ist, und ist die Endfläche auf der Emissionsseite des Halbleiterlaserelements 1. Eine Endfläche 1b ist die Endfläche des Gratteils 40a, die auf der negativen Seite der Y-Achse angeordnet ist, und ist die Endfläche auf der Reflexionsseite des Halbleiterlaserelements 1. Ein Endflächen-Beschichtungsfilm ist an jeder Endflächen 1a, 1b ausgebildet. Wenn von der Seite der Endfläche 1b zu der Seite der Endfläche 1 a fortschreitendes Licht (Vorwärtswelle) die Endfläche 1a erreicht, wird ein Teil der Vorwärtswelle als Emissionslicht von der Endfläche 1a in der positiven Y-Achsenrichtung emittiert und wird ein Teil der Vorwärtswelle an der Endfläche 1a als von der Seite der Endfläche 1a zu der Seite der Endfläche 1 b fortschreitendes Licht (Rückwärtswelle) reflektiert. Wenn die Rückwärtswelle durch den Gratteil 40a in der negativen Y-Achsenrichtung fortschreitet und die Endfläche 1b erreicht, wird der Großteil der Rückwärtswelle an der Endfläche 1b als eine Vorwärtswelle reflektiert. Auf diese Weise wird das in dem Halbleiterlaserelement 1 erzeugte Licht zwischen der Endfläche 1a und der Endfläche 1b verstärkt, um von der Endfläche 1a emittiert zu werden.An end surface 1a is the end surface of the ridge part 40a disposed on the positive side of the Y axis, and is the end surface on the emission side of the semiconductor laser element 1. An end surface 1b is the end surface of the burr part 40a disposed on the negative side of the Y -Axis is arranged, and is the end surface on the reflection side of the semiconductor laser element 1. An end surface coating film is formed on each end surfaces 1a, 1b. When light (forward wave) traveling from the end surface 1b side to the end surface 1a side reaches the end surface 1a, a part of the forward wave is emitted as emission light from the end surface 1a in the positive Y-axis direction and becomes a part of the forward wave at the end surface 1a End surface 1a is reflected as light (backward wave) traveling from the end surface 1a side to the end surface 1b side. When the backward wave propagates through the ridge portion 40a in the negative Y-axis direction and reaches the end surface 1b, most of the backward wave is reflected at the end surface 1b as a forward wave. In this way, the light generated in the semiconductor laser element 1 is amplified between the end surface 1a and the end surface 1b to be emitted from the end surface 1a.

2 ist eine Querschnittansicht, die schematisch eine Konfiguration des Halbleiterlaserelements 1 von 1 an einem A-A`-Querschnitt aus der positiven Y-Achsenrichtung gesehen zeigt. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of the semiconductor laser element 1 of FIG 1 on an AA` cross section seen from the positive Y-axis direction.

Wie in 2 gezeigt, umfasst das Halbleiterlaserelement 1 ein Substrat 10, eine erste Halbleiterschicht 20, die Lichtemissionsschicht 30, eine zweite Halbleiterschicht 40, ein Elektrodenglied 50, eine dielektrische Schicht 60, den Nutteil 70 und eine n-seitige Elektrode 80.As in 2 shown, the semiconductor laser element 1 includes a substrate 10, a first semiconductor layer 20, the light emission layer 30, a second semiconductor layer 40, an electrode member 50, a dielectric layer 60, the groove part 70 and an n-side electrode 80.

Die erste Halbleiterschicht 20 ist über dem Substrat 10 angeordnet. Die erste Halbleiterschicht 20 ist eine n-seitige Deckschicht.The first semiconductor layer 20 is arranged over the substrate 10. The first semiconductor layer 20 is an n-side cover layer.

Die Lichtemissionsschicht 30 ist über der ersten Halbleiterschicht 20 angeordnet. Die Lichtemissionsschicht 30 weist einen laminierten Aufbau auf, in dem eine n-seitige Lichtleitungsschicht 31, eine aktive Schicht 32 und eine p-seitige Lichtleitungsschicht 33 von unten in dieser Reihenfolge geschichtet sind. Wenn eine Spannung an dem Halbleiterlaserelement 1 angelegt wird, wird Licht erzeugt und schreitet in der Lichtemissionsschicht 30 fort.The light emission layer 30 is arranged over the first semiconductor layer 20. The light emitting layer 30 has a laminated structure in which an n-side light guide layer 31, an active layer 32 and a p-side light guide layer 33 are laminated from below in this order. When a voltage is applied to the semiconductor laser element 1, light is generated and propagates in the light emission layer 30.

Die zweite Halbleiterschicht 40 ist über der Lichtemissionsschicht 30 angeordnet. Die zweite Halbleiterschicht 40 weist einen laminierten Aufbau auf, in dem eine Elektronensperrschicht 41, eine p-seitige Deckschicht 42 und eine p-seitige Kontaktschicht 43 von unten in dieser Reihenfolge laminiert sind.The second semiconductor layer 40 is arranged over the light emitting layer 30. The second semiconductor layer 40 has a laminated structure in which an electron barrier layer 41, a p-side cover layer 42 and a p-side contact layer 43 are laminated from below in this order.

In einem oberen Teil der zweiten Halbleiterschicht 40 ist der Gratteil 40a in der Nachbarschaft der Mitte in der X-Achsenrichtung ausgebildet. Der Gratteil 40a weist eine in der positiven Z-Achsenrichtung vorstehende Form und eine sich in der Y-Achsenrichtung erstreckende Gratform (Vorsprungsform) auf. Weil der Gratteil 40a ausgebildet ist, ist der Wellenleiter WG derart geformt, dass er dem Bereich in der X-Achsenrichtung des Gratteils 40a entspricht. Weil der Gratteil 40a ausgebildet ist, ist die Seitenfläche 40b jeweils an dem Ende auf der positiven Seite der X-Achsen und an dem Ende auf der negativen Seite der X-Achse des Gratteils 40a ausgebildet. In einem oberen Teil der zweiten Halbleiterschicht 40 ist ein sich in der X-Achsenrichtung von der Wurzel des Gratteils 40a erstreckender flacher Teil 40c ausgebildet.In an upper part of the second semiconductor layer 40, the ridge part 40a is formed in the vicinity of the center in the X-axis direction. The ridge part 40a has a shape protruding in the positive Z-axis direction and a ridge shape (projection shape) extending in the Y-axis direction. Because the ridge part 40a is formed, the waveguide WG is shaped to correspond to the area in the X-axis direction of the ridge part 40a. Because the ridge portion 40a is formed, the side surface 40b is formed at the X-axis positive side end and the X-axis negative side end of the ridge portion 40a, respectively. In an upper part of the second semiconductor layer 40, a flat part 40c extending in the X-axis direction from the root of the ridge part 40a is formed.

Das Elektrodenglied 50 ist über der zweiten Halbleiterschicht 40 angeordnet. Das Elektrodenglied 50 umfasst eine p-seitige Elektrode 51 für das Anlegen einer Spannung und eine Kontaktelektrode 52, die über der p-seitigen Elektrode 51 angeordnet ist. Die p-seitige Elektrode 51 ist an der oberen Fläche des Gratteils 40a angeordnet. Die p-seitige Elektrode 51 ist eine Ohmsche Elektrode, die in einem Ohmschen Kontakt mit der p-seitigen Kontaktschicht 43 über der p-seitigen Kontaktschicht 43 ist. Die Kontaktelektrode 52 weist eine längere Form in der X-Achsenrichtung als der Gratteil 40a auf und ist in Kontakt mit der p-seitigen Elektrode 51 und der dielektrischen Schicht 60.The electrode member 50 is arranged over the second semiconductor layer 40. The electrode member 50 includes a p-side electrode 51 for applying a voltage and a contact electrode 52 disposed above the p-side electrode 51. The p-side electrode 51 is disposed on the upper surface of the ridge portion 40a. The p-side electrode 51 is an ohmic electrode that is in ohmic contact with the p-side contact layer 43 above the p-side contact layer 43. The contact electrode 52 has a longer shape in the X-axis direction than the ridge part 40a and is in contact with the p-side electrode 51 and the dielectric layer 60.

Die dielektrische Schicht 60 ist über der p-seitigen Deckschicht 42 an der Außenseite in der X-Achsenrichtung des Gratteils 40a angeordnet, um das Licht in dem Gratteil 40a einzuschließen. Insbesondere ist die dielektrische Schicht 60 kontinuierlich von der Seitenfläche 40b über den flachen Teil 40c hinweg ausgebildet. Die dielektrische Schicht 60 wird durch einen Isolationsfilm mit einem kleineren Brechungsindex als demjenigen des Gratteils 40a implementiert.The dielectric layer 60 is disposed over the p-side cover layer 42 on the outside in the X-axis direction of the ridge portion 40a to confine the light in the ridge portion 40a. Specifically, the dielectric layer 60 is formed continuously from the side surface 40b across the flat part 40c. The dielectric layer 60 is implemented by an insulating film having a smaller refractive index than that of the ridge portion 40a.

Der Nutteil 70 ist wenigstens an dem Substrat 10 und der ersten Halbleiterschicht 20 ausgebildet. Mit anderen Worten ist der Nutteil 70 wenigstens von der unteren Fläche des Substrats 10 zu der ersten Halbleiterschicht 20 ausgebildet, um in Kommunikation mit wenigstens dem Substrat 10 und der ersten Halbleiterschicht 20 zu sein. Insbesondere ist der Nutteil 70 von der unteren Fläche des Substrats 10 zu der ersten Halbleiterschicht 20 ausgebildet und ist ein Boden 70a des Nutteils 70 in der ersten Halbleiterschicht 20 in der Z-Achsenrichtung angeordnet. Der Nutteil 70 ist an der Außenseite des Gratteils 40a in der X-Achsenrichtung angeordnet. Das Innere des Nutteils 70 ist mit Luft gefüllt, und der Brechungsindex (Brechungsindex der Luft) des Nutteils 70 ist kleiner als der Brechungsindex der ersten Halbleiterschicht 20, der Lichtemissionsschicht 30 und der zweiten Halbleiterschicht 40. Durch den Nutteil 70 kann das Auftreten einer Welligkeit (Störung) in dem vertikalen Fernfeldmuster unterdrückt werden, was weiter unten mit Bezug auf 16(a) bis 16(c) beschrieben wird.The groove part 70 is formed at least on the substrate 10 and the first semiconductor layer 20. In other words, the groove part 70 is formed at least from the lower surface of the substrate 10 to the first semiconductor layer 20 to be in communication with at least the substrate 10 and the first semiconductor layer 20. Specifically, the groove part 70 is formed from the lower surface of the substrate 10 to the first semiconductor layer 20, and a bottom 70a of the groove part 70 is disposed in the first semiconductor layer 20 in the Z-axis direction. The groove part 70 is arranged on the outside of the ridge part 40a in the X-axis direction. The interior of the groove part 70 is filled with air, and the refractive index (refractive index of air) of the groove part 70 is smaller than the refractive index of the first semiconductor layer 20, the light emission layer 30 and the second semiconductor layer 40. The groove part 70 allows the occurrence of a ripple ( Disturbance) in the vertical far field pattern can be suppressed, which will be discussed below with reference to 16(a) to 16(c) is described.

Weil in dieser Ausführungsform der Querschnitt des Nutteils 70 eine rechteckige Form aufweist, werden das innere Ende und das äußere Ende in der X-Achsenrichtung des Nutteils 70 parallel zu der Z-Achsenrichtung. Dementsprechend wird in der Nachbarschaft zu der Position P1 an dem inneren Ende und in der Nachbarschaft zu der Position P2 an dem äußeren Ende eine Schnittfläche in jeder Schicht, wie durch eine Strichlinie angegeben, vorgesehen und wird das Laserlicht in einer Mode einer höheren Ordnung durch diese Schnittfläche gestreut.In this embodiment, because the cross section of the groove part 70 has a rectangular shape, the inner end and the outer end in the X-axis direction of the groove part 70 become parallel to the Z-axis direction. Accordingly, in the vicinity of the position P1 at the inner end and in the vicinity of the position P2 at the outer end, a cutting surface is provided in each layer as indicated by a dashed line, and the laser light in a higher order mode is passed through them Cut surface scattered.

Die n-seitige Elektrode 80 ist unter dem Substrat 10 angeordnet und ist eine Ohmsche Elektrode in einem Ohmschen Kontakt mit dem Substrat 10.The n-side electrode 80 is disposed under the substrate 10 and is an ohmic electrode in ohmic contact with the substrate 10.

Im Folgenden wird mit Bezug auf 3(a) bis 9(b) ein Produktionsverfahren für das Laserelement 1 beschrieben. 3(a) bis 9(b) sind Querschnittansichten, die derjenigen von 2 ähnlich sind.The following is with reference to 3(a) until 9(b) a production process for the laser element 1 is described. 3(a) until 9(b) are cross-sectional views similar to that of 2 are similar.

Im Folgenden werden für das Wachstum jeder Schicht als organometallische Rohmaterialien, die Ga, AI und In enthalten, zum Beispiel jeweils Trimethylgallium (TMG), Trimethylammoniak (TMA) und Trimethylindium (TMI) verwendet. Als ein Stickstoffrohmaterial wird Ammoniak (NH3) verwendet. Als eine Lithografiemethode kann eine Fotolithografiemethode mit einer Kurzwellenlängen-Lichtquelle, eine Elektronenstrahllithografiemethode, in der ein Rendern direkt durch einen Elektronenstrahl durchgeführt wird, eine Nanoimprintmethode oder ähnliches verwendet werden. Als eine Ätzmethode kann zum Beispiel ein Trockenätzen mittels eines reaktiven lonenätzend (RIE) unter Verwendung eines Fluor-basierten Gases wie etwa CF4 oder ein Nassätzen unter Verwendung einer Flusssäure (HF) oder von ähnlichem, die zu 1:10 gelöst ist, verwendet werden.Hereinafter, for the growth of each layer, as organometallic raw materials containing Ga, Al and In, for example, trimethylgallium (TMG), trimethylammonia (TMA) and trimethylindium (TMI), respectively, are used. Ammonia (NH 3 ) is used as a nitrogen raw material. As a lithography method, a photolithography method using a short wavelength light source, an electron beam lithography method in which rendering is performed directly by an electron beam, a nanoimprint method, or the like can be used. As an etching method, for example, dry etching by reactive ion etching (RIE) using a fluorine-based gas such as CF 4 or wet etching using hydrofluoric acid (HF) or the like dissolved at 1:10 can be used .

Wie in 3(a) gezeigt, werden die erste Halbleiterschicht 20, die Lichtemissionsschicht 30 und die zweite Halbleiterschicht 40 sequentiell durch eine metallorganische chemische Dampfphasenabscheidung (MOCVD) auf dem Substrat 10, das ein hexagonales GaN-Substrat des n-Typs mit einer Hauptfläche in einer (0001)-Ebene ist, ausgebildet.As in 3(a) shown, the first semiconductor layer 20, the light emitting layer 30 and the second semiconductor layer 40 are sequentially by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) on the substrate 10, which is a hexagonal n-type GaN substrate having a main surface in a (0001) plane.

Insbesondere wird auf dem Substrat 10 mit einer Dicke von 400 µm eine n-seitige Deckschicht eines n-Typ-AlGaN mit 3 µm als die erste Halbleiterschicht 20 gezüchtet. Anschließend wird die n-seitige Lichtführungsschicht 31 eines n-Typ-GaN mit 0,2 µm gezüchtet. Anschließend wird die aktive Schicht 32, die aus zwei Zyklen einer Sperrschicht aus InGaN und einer rlnGaN-Quantentopfschicht besteht, gezüchtet. Anschließend wird die p-seitige Lichtführungsschicht 33 eines p-Typ-GaN mit 0,1 µm gezüchtet. Anschließend wird die Elektronensperrschicht 41 aus AlGaN mit 10 nm gezüchtet. Anschließend wird die p-seitige Deckschicht 42 als ein 0,66 µm dickes gedehntes Übergitter durch das Wiederholen von 220 Zyklen einer 1,5 nm dicken p-Typ-AIGaN-Schicht und einer 1,5 nm dicken p-Typ-GaN-Schicht gezüchtet. Anschließend wird die p-seitige Kontaktschicht 43 eines p-Typ-GaN mit 0,05 µm gezüchtet.Specifically, on the substrate 10 with a thickness of 400 μm, an n-side cap layer of an n-type AlGaN with 3 μm is grown as the first semiconductor layer 20. Subsequently, the n-side light guide layer 31 of an n-type GaN of 0.2 μm is grown. The active layer 32, which consists of two cycles of a barrier layer made of InGaN and an rlnGaN quantum well layer, is then grown. Subsequently, the p-side light guide layer 33 of a p-type GaN of 0.1 μm is grown. Subsequently, the electron barrier layer 41 made of AlGaN with 10 nm is grown. Subsequently, the p-side cap layer 42 is formed as a 0.66 μm thick stretched superlattice by repeating 220 cycles of a 1.5 nm thick p-type AIGaN layer and a 1.5 nm thick p-type GaN layer bred. Subsequently, the p-side contact layer 43 of a p-type GaN of 0.05 μm is grown.

Dann wird, wie in 3(b) gezeigt, der erste Schutzfilm 91 auf der zweiten Halbleiterschicht 40 ausgebildet. Insbesondere wird ein 300 nm dicker Siliciumoxidfilm (SiO2) als der erste Schutzfilm 91 auf der zweiten Halbleiterschicht 40 durch eine Plasma-CVD (chemische Dampfphasen-abscheidung)-Methode unter Verwendung von Silan (SiH4) ausgebildet. Die Filmausbildungsmethode für den ersten Schutzfilm 91 ist nicht auf die Plasma-CVD-Methode beschränkt und es kann zum Beispiel auch eine andere bekannte Filmausbildungsmethode wie etwa eine thermische CVD-Methode, eine Zerstäubungsmethode, eine Vakuumverdampfungsmethode oder eine Filmausbildungsmethode mit einem gepulsten Laser verwendet werden. Das Filmausbildungsmaterial der ersten Schutzfolie 91 ist nicht auf das oben genannte beschränkt, und es kann zum Beispiel ein Material wie etwa ein Dielektrikum oder ein Metall, das selektiv in Bezug auf das Ätzen der zweiten Halbleiterschicht 40 ist, verwendet werden.Then, as in 3(b) shown, the first protective film 91 is formed on the second semiconductor layer 40. Specifically, a 300 nm thick silicon oxide film (SiO 2 ) is formed as the first protective film 91 on the second semiconductor layer 40 by a plasma CVD (chemical vapor deposition) method using silane (SiH 4 ). The film forming method for the first protective film 91 is not limited to the plasma CVD method, and, for example, another known film forming method such as a thermal CVD method, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or a pulsed laser film forming method may be used. The film forming material of the first protective sheet 91 is not limited to the above, and, for example, a material such as a dielectric or a metal that is selective with respect to etching of the second semiconductor layer 40 may be used.

Dann wird wie in 4(a) gezeigt der erste Schutzfilm 91 selektiv unter Verwendung einer Fotolithografiemethode und einer Ätzmethode derart entfernt, dass der erste Schutzfilm 91 mit einer vorbestimmten Form zurückbleibt. Die vorbestimmte Form ist eine Form in einer Draufsicht des Gratteils 40a von 1. Die vorbestimmte Form ist also eine bandartige Form, deren Breite sich in einer Draufsicht in Bezug auf die Position in der Y-Achsenrichtung (der Resonatorlängsrichtung) ändert.Then it becomes like in 4(a) 1, the first protective film 91 is selectively removed using a photolithography method and an etching method so that the first protective film 91 having a predetermined shape remains. The predetermined shape is a shape in a plan view of the ridge part 40a of 1 . That is, the predetermined shape is a band-like shape whose width changes in a plan view with respect to the position in the Y-axis direction (the resonator longitudinal direction).

Dann werden wie in 4(b) gezeigt die p-seitige Kontaktschicht 43 und die p-seitige Deckschicht 42 unter Verwendung, als einer Maske, des mit der vorbestimmten Form ausgebildeten ersten Schutzfilms 91 geätzt, wodurch der Gratteil 40a und der flache Teil 40c in der zweiten Halbleiterschicht 40 ausgebildet werden.Then be like in 4(b) shown, the p-side contact layer 43 and the p-side cap layer 42 are etched using, as a mask, the first protective film 91 formed with the predetermined shape, thereby forming the ridge part 40a and the flat part 40c in the second semiconductor layer 40.

Insbesondere wird der Gratteil 40a unter dem ersten Schutzfilm 91, der in der Mitte in der X-Achsenrichtung angeordnet ist, ausgebildet. Der Gratteil 40a besteht aus einem Vorsprung der p-seitigen Deckschicht 42, die in der positiven Z-Achsenrichtung vorsteht, und der p-seitigen Kontaktschicht 43 an diesem Vorsprung. Die p-seitige Kontaktschicht 43 und die p-seitige Deckschicht 42 werden in dem Bereich, in dem der erste Schutzfilm 91 nicht ausgebildet ist, geätzt, wodurch der flache Teil 40c ausgebildet wird. Für das Ätzen der p-seitigen Kontaktschicht 43 und der p-seitigen Deckschicht 42 kann ein Trockenätzen mittels einer RIE-Methode unter Verwendung eines Chlor-basierten Gases wie etwa Cl2 verwendet werden.Specifically, the ridge portion 40a is formed under the first protective film 91 located at the center in the X-axis direction. The ridge part 40a is composed of a projection of the p-side cover layer 42 protruding in the positive Z-axis direction and the p-side contact layer 43 on this projection. The p-side contact layer 43 and the p-side cover layer 42 are etched in the area where the first protective film 91 is not formed, thereby forming the flat part 40c. For etching the p-side contact layer 43 and the p-side cap layer 42, dry etching by an RIE method using a chlorine-based gas such as Cl 2 may be used.

Hinsichtlich der Höhe des Gratteils 40a in der Z-Achsenrichtung werden keine besonderen Vorgaben gemacht, wobei sie jedoch zum Beispiel nicht kleiner als 100 nm und nicht größer als 1 µm ist. Damit das Halbleiterlaserelement 1 mit einer hohen Lichtausgabe (z.B. Watt-Klasse) betrieben wird, kann die Höhe des Gratteils 40a auf nicht weniger als 300 nm und nicht mehr als 800 nm gesetzt werden. In dieser Ausführungsform beträgt die Höhe des Gratteils 40a 650 nm.The height of the ridge portion 40a in the Z-axis direction is not particularly specified, but it is, for example, not smaller than 100 nm and not larger than 1 μm. In order for the semiconductor laser element 1 to operate with a high light output (e.g., Watt class), the height of the ridge portion 40a may be set to not less than 300 nm and not more than 800 nm. In this embodiment, the height of the ridge portion 40a is 650 nm.

Der Gratteil 40a wird unter Verwendung, als einer Maske, des mit der vorbestimmten Form ausgebildeten ersten Schutzfilms 91 ausgebildet. Deshalb bilden wie in der Draufsicht von 1 gezeigt die Seitenflächen 40b des Gratteils 40a eine bandartige Form, deren Breite in der X-Achsenrichtung sich in Bezug auf die Position in der Y-Achsenrichtung (der Resonatorlängsrichtung) ändert.The ridge part 40a is formed using, as a mask, the first protective film 91 formed in the predetermined shape. Therefore form as in the top view of 1 1, the side surfaces 40b of the ridge portion 40a have a band-like shape whose width in the X-axis direction changes with respect to the position in the Y-axis direction (the resonator longitudinal direction).

Dann wird, wie in 5(a) gezeigt, der erste Schutzfilm 91 durch ein Nassätzen unter Verwendung von Flusssäure oder ähnlichem entfernt.Then, as in 5(a) shown, the first protective film 91 is removed by wet etching using hydrofluoric acid or the like.

Dann wird, wie in 5(b) gezeigt, die dielektrische Schicht 60 derart ausgebildet, dass sie die p-seitige Kontaktschicht 43 und die p-seitige Deckschicht 42 bedeckt. Dementsprechend wird die dielektrische Schicht 60 an dem Gratteil 40a und dem flachen Teil 40c ausgebildet. Als die dielektrische Schicht 60 wird zum Beispiel ein 300 nm dicker Siliciumoxidfilm (SiO2) durch eine Plasma-CVD-Methode unter Verwendung von Silan (SiH4) ausgebildet.Then, as in 5(b) shown, the dielectric layer 60 is formed such that it covers the p-side contact layer 43 and the p-side cover layer 42. Accordingly, the dielectric layer 60 is formed on the ridge part 40a and the flat part 40c. As the dielectric layer 60, for example, a 300 nm thick silicon oxide film (SiO 2 ) is formed by a plasma CVD method using silane (SiH 4 ).

Dann wird ein zweiter Schutzfilm 92, der aus einem Photoresist besteht, auf der in Fig. (5b) gezeigten dielektrischen Schicht 60 ausgebildet. Dann wird der zweite Schutzfilm 92 selektiv entfernt, sodass der zweite Schutzfilm 92 nur an dem flachen Teil 40c zurückbleibt. Dann wird, wie in 6(a) gezeigt, während der zweite Schutzfilm 92 als eine Maske verwendet wird, nur die dielektrische Schicht 60 an dem Gratteil 40a durch ein Nassätzen unter Verwendung von Flusssäure entfernt, um die obere Fläche der p-seitigen Kontaktschicht 43 freizulegen. Dann wird der zweite Schutzfilm 92 entfernt. Für die Entfernung des zweiten Schutzfilms 92 kann ein organisches Lösungsmittel wie etwa Aceton verwendet werden.Then, a second protective film 92 made of a photoresist is formed on the dielectric layer 60 shown in Fig. (5b). Then, the second protective film 92 is selectively removed, leaving the second protective film 92 only on the flat part 40c. Then, as in 6(a) shown, while the second protective film 92 is used as a mask, only the dielectric layer 60 on the ridge portion 40a is removed by wet etching using hydrofluoric acid to expose the upper surface of the p-side contact layer 43. Then the second protective film 92 is removed. An organic solvent such as acetone can be used to remove the second protective film 92.

Dann wird, wie in 6(b) gezeigt, die p-seitige Elektrode 51 aus Pd/Pt nur auf dem Gratteil 40a ausgebildet, indem eine Vakuumverdampfungsmethode und eine Abhebemethode verwendet werden. Insbesondere wird die p-seitige Elektrode 51 auf der von der dielektrischen Schicht 60 freigelegten p-seitigen Kontaktschicht 43 ausgebildet. Die Filmausbildungsmethode für die p-seitige Elektrode 51 ist nicht auf die Vakuumverdampfungsmethode beschränkt, und es können zum Beispiel auch eine Zerstäubungsmethode, eine Filmausbildungsmethode mit einem gepulsten Laser oder ähnliches verwendet werden. Das Elektrodenmaterial der p-seitigen Elektrode 51 muss lediglich ein Material wie etwa ein Ni/Au-basiertes Material oder ein Pt-basiertes Material sein, das in einen Ohmschen Kontakt mit der zweiten Halbleiterschicht 40 (der p-seitigen Kontaktschicht 43) kommt.Then, as in 6(b) shown, the P-side electrode 51 made of Pd/Pt is formed only on the ridge part 40a by using a vacuum evaporation method and a lift-off method. Specifically, the p-side electrode 51 is formed on the p-side contact layer 43 exposed by the dielectric layer 60. The film forming method for the p-side electrode 51 is not limited to the vacuum evaporation method, and, for example, a sputtering method, a pulsed laser film forming method, or the like may also be used. The electrode material of the p-side electrode 51 only needs to be a material such as a Ni/Au-based material or a Pt-based material that comes into ohmic contact with the second semiconductor layer 40 (the p-side contact layer 43).

Dann wird, wie in 7(a) gezeigt, die Kontaktelektrode 52 derart ausgebildet, dass sie die p-seitige Elektrode 51 und die dielektrische Schicht 60 bedeckt. Insbesondere wird ein Resist des negativen Typs durch eine Fotolithografiemethode oder ähnliches in einem anderen Teil als dem Teil, in dem die Kontaktelektrode 52 ausgebildet werden soll, gemustert und wird die Kontaktelektrode 52 aus Ti/Pt/Au auf der gesamten Fläche über dem Substrat 10 durch eine Vakuumverdampfungsmethode oder ähnliches ausgebildet. Dann wird die Elektrode in einem nicht benötigten Teil unter Verwendung einer Abhebemethode entfernt. Dementsprechend kann die Kontaktelektrode 52 mit einer vorbestimmten Form auf der p-seitigen Elektrode 51 und der dielektrischen Schicht 60 ausgebildet werden. Auf diese Weise wird das Elektrodenglied 50, das aus der p-seitigen Elektrode 51 und der Kontaktelektrode 52 besteht, gebildet. Anschließend wird die untere Fläche des Substrats 10 mit einer Diamantschlämme poliert, um das Substrat 10 dünner zu machen, sodass es eine Dicke von ungefähr 100 µm aufweist.Then, as in 7(a) shown, the contact electrode 52 is formed such that it covers the p-side electrode 51 and the dielectric layer 60. Specifically, a negative type resist is patterned by a photolithography method or the like in a part other than the part where the contact electrode 52 is to be formed, and the Ti/Pt/Au contact electrode 52 is formed on the entire area above the substrate 10 a vacuum evaporation method or the like. Then the electrode in an unnecessary part is removed using a lift-off method. Accordingly, the contact electrode 52 can be formed with a predetermined shape on the p-side electrode 51 and the dielectric layer 60. In this way, the electrode member 50 consisting of the p-side electrode 51 and the contact electrode 52 is formed. Then, the lower surface of the substrate 10 is polished with a diamond slurry to thin the substrate 10 to have a thickness of approximately 100 μm.

Dann wird, wie in 7(b) gezeigt, ein dritter Schutzfilm 93, der durch einen Siliciumoxidfilm (SiO2) implementiert wird, auf der unteren Fläche (der Fläche auf der negativen Seite der Z-Achse) des polierten Substrats 10 ausgebildet. In 7(b) ist ein Zustand gezeigt, in dem die in 7(a) gezeigte Konfiguration auf den Kopf gestellt ist (ein Zustand, in dem die positive Z-Achsenrichtung die Richtung nach unten ist).Then, as in 7(b) shown, a third protective film 93 implemented by a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed on the lower surface (the surface on the negative side of the Z axis) of the polished substrate 10. In 7(b) a state is shown in which the in 7(a) The configuration shown is upside down (a state in which the positive Z-axis direction is the downward direction).

Dann wird, wie in 8(a) gezeigt, eine Musterung unter Verwendung einer Fotolithografiemethode und einer Ätzmethode derart durchgeführt, dass der dritte Schutzfilm 93 nur an einer gewünschten Position zurückbleibt. Der dritte Schutzfilm 93 wird also selektiv entfernt, sodass der dritte Schutzfilm 93 mit einer vorbestimmten Form zurückbleibt. Die vorbestimmte Form entspricht der Form des Nutteils 70 in einer Draufsicht von 1.Then, as in 8(a) shown, patterning is performed using a photolithography method and an etching method such that the third protective film 93 remains only at a desired position. That is, the third protective film 93 is selectively removed, leaving the third protective film 93 having a predetermined shape. The predetermined shape corresponds to the shape of the groove part 70 in a plan view of 1 .

Dann werden, wie in 8(b) gezeigt, das Substrat 10 und die erste Halbleiterschicht 20 durch Ätzen unter Verwendung der dritten Schutzfolie 93 als einer Maske entfernt. Das Ätzen kann zum Beispiel durch ein Trockenätzen unter Verwendung von Cl2, eine Laserablation, in der ein ultraviolettes Laserlicht auf das Material angewendet wird, um das Material zu schmelzen und zu verdampfen, oder ähnliches bewerkstelligt werden. Das Ätzen wird bis zu einer Tiefe durchgeführt, wo der Boden 70a des Nutteils 70 die erste Halbleiterschicht 20 erreicht. Dann wird der Nutteil 70 von der unteren Fläche (der Fläche auf der negativen Seite der Z-Achse) des Substrats 10 zu der ersten Halbleiterschicht 20 ausgebildet.Then, as in 8(b) shown, the substrate 10 and the first semiconductor layer 20 are removed by etching using the third protective film 93 as a mask. The etching may be accomplished, for example, by dry etching using Cl 2 , laser ablation in which an ultraviolet laser light is applied to the material to melt and vaporize the material, or the like. The etching is performed to a depth where the bottom 70a of the groove portion 70 reaches the first semiconductor layer 20. Then, the groove part 70 is formed from the lower surface (the surface on the negative side of the Z axis) of the substrate 10 to the first semiconductor layer 20.

In dieser Ausführungsform wird die Bedingung des Ätzens auf dem Substrat 10 und der ersten Halbleiterschicht 20 eingestellt, wodurch das Zusammensetzungsverhältnis (Ga/N) von Ga zu N an der Oberfläche des Nutteils 70 höher gesetzt wird als das Zusammensetzungsverhältnis (Ga/N) von Ga zu N im Inneren der ersten Halbleiterschicht 20. Wenn zum Beispiel im Fall eines Trockenätzens unter Verwendung eines Cl2-Gases die Ätzbedingung derart gesteuert wird, dass ein physikalisches Ätzen dominant wird, wird die Beseitigung von N-Atomen gefördert und kann ein Zustand, in dem die Anzahl von Ga-Atomen relativ groß ist, an der Ätzfläche (der Oberfläche des Nutteils 70) erzeugt werden. Normalerweise weist in GaN das Zusammensetzungsverhältnis (Ga/N) einen Wert nahe 1 auf. Wenn jedoch die Ätzbedingung gesteuert wird, kann das Zusammensetzungsverhältnis (Ga/N) an der Ätzfläche nicht kleiner als 1,5 vorgesehen werden. Wenn Sauerstoff zu dem Ätzgas hinzugefügt wird, wird eine Oxidation an der Ätzfläche gefördert und kann das Zusammensetzungsverhältnis (Ga/N) vergrößert werden.In this embodiment, the condition of etching is set on the substrate 10 and the first semiconductor layer 20, thereby setting the composition ratio (Ga/N) of Ga to N on the surface of the groove part 70 higher than the composition ratio (Ga/N) of Ga to N inside the first semiconductor layer 20. For example, in the case of dry etching using a Cl 2 gas, if the etching condition is controlled so that physical etching becomes dominant, the elimination of N atoms is promoted and can be a state in in which the number of Ga atoms is relatively large, are generated on the etching surface (the surface of the groove part 70). Normally, in GaN, the composition ratio (Ga/N) has a value close to 1. However, when the etching condition is controlled, the composition ratio (Ga/N) at the etching surface can be made not smaller than 1.5. When oxygen is added to the etching gas, oxidation at the etching surface is promoted and the composition ratio (Ga/N) can be increased.

Dann wird, wie in 9(a) gezeigt, der dritte Schutzfilm 93 durch Flusssäure entfernt.Then, as in 9(a) shown, the third protective film 93 removed by hydrofluoric acid.

Dann wird, wie in 9(b) gezeigt, die n-seitige Elektrode 80 an der Fläche (der Hauptfläche auf der Rückseite der Hauptfläche, an der die erste Halbleiterschicht 20 usw. angeordnet sind) auf der negativen Seite der Z-Achse des Substrats 10 ausgebildet. Insbesondere wird die n-seitige Elektrode 80 aus Ti/Pt/Au an der Fläche auf der negativen Seite der Z-Achse des Substrats 10 durch eine Vakuumverdampfungsmethode oder ähnliches ausgebildet und wird eine Musterung unter Verwendung einer Fotolithografiemethode und einer Ätzmethode durchgeführt, wodurch die n-seitige Elektrode 80 mit einer vorbestimmten Form ausgebildet wird. In 9(b) wird die n-seitige Elektrode 80 nur an der Fläche auf der negativen Seite der Z-Achse des Substrats 10 ausgebildet, wobei die n-seitige Elektrode 80 aber auch in dem Nutteil 70 ausgebildet werden kann.Then, as in 9(b) shown, the n-side electrode 80 on the surface (the main surface the back side of the main surface on which the first semiconductor layer 20 etc. are arranged) is formed on the negative side of the Z-axis of the substrate 10. Specifically, the n-side electrode 80 made of Ti/Pt/Au is formed on the surface on the Z-axis negative side of the substrate 10 by a vacuum evaporation method or the like, and patterning is performed using a photolithography method and an etching method, whereby the n -side electrode 80 is formed with a predetermined shape. In 9(b) For example, the n-side electrode 80 is formed only on the surface on the negative side of the Z-axis of the substrate 10, but the n-side electrode 80 can also be formed in the groove part 70.

Dann wird das Halbleiterlaserelement, das den Produktionsschritten bis zu 9(b) unterworfen wurde, entlang der m-Ebene gespalten (primäre Spaltung), sodass die Länge in der m-Achsenrichtung zum Beispiel 2000 µm beträgt. Anschließend wird unter Verwendung von zum Beispiel einer Elektron-Cyclotron-Resonanz (ECR)-Zerstäubungsmethode ein vorderer Mantelfilm für eine Spaltungsebene, von der Laserlicht emittiert wird, ausgebildet, um die Endfläche 1a zu bilden, und wird ein hinterer Mantelfilm für eine Spaltebene auf der gegenüberliegenden Seite ausgebildet, um die Endfläche 1b zu bilden. Der Reflexionsgrad der Endfläche 1a, 1b wird durch eine Anpassung des Materials, der Konfiguration, der Filmdicke usw. des Mantelfilms gesetzt. Um hocheffiziente Lasereigenschaften zu erhalten, wird der Reflexionsgrad der Endfläche 1a auf der vorderen Seite auf 5% gesetzt und wird der Reflexionsgrad der Endfläche 1b auf der hinteren Seite auf 95% gesetzt. Vorzugsweise wird der Reflexionsgrad der Endfläche 1a auf ungefähr 0,1% bis 18% gesetzt und wird der Reflexionsgrad der Endfläche 1b auf nicht weniger als 90% gesetzt.Then the semiconductor laser element, which follows the production steps up to 9(b) was subjected to, split along the m-plane (primary splitting), so that the length in the m-axis direction is, for example, 2000 μm. Subsequently, using, for example, an electron cyclotron resonance (ECR) sputtering method, a front cladding film for a cleavage plane from which laser light is emitted is formed to form the end face 1a, and a back cladding film for a cleavage plane is formed on the opposite side to form the end surface 1b. The reflectance of the end surface 1a, 1b is set by adjusting the material, configuration, film thickness, etc. of the cladding film. In order to obtain highly efficient laser characteristics, the reflectance of the end surface 1a on the front side is set to 5% and the reflectance of the end surface 1b on the rear side is set to 95%. Preferably, the reflectance of the end surface 1a is set to about 0.1% to 18%, and the reflectance of the end surface 1b is set to not less than 90%.

Dann wird das Halbleiterlaserelement, das der primären Spaltung unterworfen wurde, derart gespalten (sekundäre Spaltung), dass der Abstand hinsichtlich der Länge in der x-Achsenrichtung zum Beispiel 400 µm beträgt. Damit wird das Halbleiterlaserelement 1 von 1 und 2 abgeschlossen.Then, the semiconductor laser element that has been subjected to the primary cleavage is cleaved (secondary cleavage) such that the distance in length in the x-axis direction is, for example, 400 μm. This makes the semiconductor laser element 1 of 1 and 2 completed.

10 ist eine Querschnittansicht, die schematisch eine Konfiguration einer Halbleiterlaservorrichtung 2 mit dem daran montierten Halbleiterlaserelement 1 zeigt. In 10 wird ein Zustand gezeigt, in dem das Halbleiterlaserelement 1 von 2 auf den Kopf gestellt ist (ein Zustand, in dem die Z-Achsenrichtung die Richtung nach unten ist). 10 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor laser device 2 with the semiconductor laser element 1 mounted thereon. In 10 A state is shown in which the semiconductor laser element 1 of 2 is upside down (a state in which the Z-axis direction is the downward direction).

Die Halbleiterlaservorrichtung 2 umfasst das Halbleiterlaserelement 1 und einen Submontageteil 100 und wird zum Beispiel für die Verarbeitung eines Produkts verwendet. Der Submontageteil 100 umfasst eine Basis 101, eine erste Elektrode 102a, eine zweite Elektrode 102b, eine erste Haftungsschicht 103a und eine zweite Haftungsschicht 103b.The semiconductor laser device 2 includes the semiconductor laser element 1 and a subassembly part 100, and is used for processing a product, for example. The subassembly part 100 includes a base 101, a first electrode 102a, a second electrode 102b, a first adhesion layer 103a and a second adhesion layer 103b.

Die Basis 101 ist auf der positiven Seite der Z-Achse des Substrats 10 des Halbleiterlaserelements 1 angeordnet und funktioniert als eine Wärmesenke. Hinsichtlich des Materials der Basis 101 werden hier keine besonderen Vorgaben gemacht, wobei die Basis 101 aus einem Material ausgebildet werden kann, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die derjenigen des Halbleiterlaserelements 1 entspricht oder größer als diese ist, wie etwa aus einer Keramik wie etwa Aluminiumnitrid (AIN) oder Siliciumcarbid (SiC), aus einem durch CVD ausgebildeten Diamant (C), aus einer Metallelementsubstanz wie etwa Cu oder AI oder aus einer Legierung wie etwa CuW.The base 101 is disposed on the Z-axis positive side of the substrate 10 of the semiconductor laser element 1 and functions as a heat sink. No specific requirements are made here regarding the material of the base 101, and the base 101 may be formed of a material having a thermal conductivity equal to or greater than that of the semiconductor laser element 1, such as a ceramic such as aluminum nitride ( AIN) or silicon carbide (SiC), a diamond (C) formed by CVD, a metal element substance such as Cu or Al, or an alloy such as CuW.

Die erste Elektrode 102a ist an der Fläche auf der negativen Seite der Z-Achse der Basis 101 angeordnet, und die zweite Elektrode 102b ist an der Fläche auf der positiven Seite der Z-Achse der Basis 101 angeordnet. Die erste Elektrode 102a und die zweite Elektrode 102b sind jeweils ein Laminatfilm, der aus drei Metallfilmen wie etwa einem 0,1 µm dicken Ti-Film, einem 0,2 µm dicken Pt-Film und einem 0,2 µm dicken Au-Film besteht.The first electrode 102a is disposed on the Z-axis negative side surface of the base 101, and the second electrode 102b is disposed on the Z-axis positive side surface of the base 101. The first electrode 102a and the second electrode 102b are each a laminate film composed of three metal films such as a 0.1 µm thick Ti film, a 0.2 µm thick Pt film and a 0.2 µm thick Au film .

Die erste Haftungsschicht 103a ist an der Fläche auf der negativen Seite der Z-Achse der ersten Elektrode 102a ausgebildet, und die zweite Haftungsschicht 103b ist an der Fläche auf der positiven Seite der Z-Achse der zweiten Elektrode 102b ausgebildet. Die erste Haftungsschicht 103a und die zweite Haftungsschicht 103b sind jeweils ein eutektisches Lot, das aus einer Gold-ZinnLegierung besteht, die Au und Sn mit Anteilen von jeweils 70% und 30% enthält.The first adhesion layer 103a is formed on the Z-axis negative side surface of the first electrode 102a, and the second adhesion layer 103b is formed on the Z-axis positive side surface of the second electrode 102b. The first adhesion layer 103a and the second adhesion layer 103b are each a eutectic solder made of a gold-tin alloy containing Au and Sn in proportions of 70% and 30%, respectively.

Das Halbleiterlaserelement 1 ist derart an dem Submontageteil 100 montiert, dass die p-Seite (die Seite des Elektrodenglieds 50) des Halbleiterlaserelements 1 mit dem Submontageteil 100 verbunden ist. Die in 10 gezeigte Montageform ist also eine Montage mit einer nach unten gerichteten Verbindung (Junction-Down), wobei die Kontaktelektrode 52 des Halbleiterlaserelements 1 mit der ersten Haftungsschicht 103a des Submontageteils 100 verbunden ist.The semiconductor laser element 1 is mounted on the sub-assembly part 100 such that the p side (the electrode member 50 side) of the semiconductor laser element 1 is connected to the sub-assembly part 100. In the 10 The assembly form shown is therefore an assembly with a downward connection (junction-down), whereby the contact electrode 52 of the semiconductor laser element 1 is connected to the first adhesion layer 103a of the subassembly part 100.

Ein Draht 110 ist durch ein Drahtbonding mit jeweils der n-seitigen Elektrode 80 des Halbleiterlaserelements 1 und der ersten Elektrode 102a des Submontageteils 100 verbunden. Dementsprechend kann eine Spannung an dem Halbleiterlaserelement 1 über die Drähte 110 angelegt werden.A wire 110 is connected to each of the n-side electrode 80 of the semiconductor laser element 1 and the first electrode 102a of the subassembly part 100 by wire bonding. Accordingly, a voltage can be applied to the semiconductor laser element 1 via the wires 110.

Die in 10 gezeigte Halbleiterlaservorrichtung 2 ist mit einer nach unten gerichteten Verbindung (Junction-Down) derart montiert, dass die p-Seite (die Seite des Elektrodenglieds 50) des Halbleiterlaserelements 1 mit dem Submontageteil 100 verbunden ist. Es kann aber auch eine Montage mit einer nach oben gerichteten Verbindung (Junction-Up) verwendet werden, bei der die n-seitige Elektrode 80 des Halbleiterlaserelements 1 mit dem Submontageteil 100 verbunden ist. Weiterhin kann für die Halbleiterlaservorrichtung 2 eine Form der Montage verwendet werden, bei der separate Submontageteile jeweils mit dem Elektrodenglied 50 und der n-seitigen Elektrode 80 verbunden sind.In the 10 The semiconductor laser device 2 shown is mounted with a junction-down such that the p-side (the electrode member 50 side) of the semiconductor laser element 1 is connected to the sub-mounting part 100. However, an assembly with an upward connection (junction-up) can also be used, in which the n-side electrode 80 of the semiconductor laser element 1 is connected to the subassembly part 100. Furthermore, for the semiconductor laser device 2, a form of assembly in which separate sub-assembly parts are respectively connected to the electrode member 50 and the n-side electrode 80 can be used.

Im Folgenden wird mit Bezug auf 11 bis 12(b) die Form der Seitenfläche 40b des Gratteils 40a beschrieben.The following is with reference to 11 until 12(b) the shape of the side surface 40b of the ridge part 40a is described.

11 ist eine schematische Ansicht, die Größen der Seitenfläche 40b des Gratteils 40a zeigt. Ähnlich wie 1, ist 11 eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration des Halbleiterlaserelements 1 zeigt. 11 is a schematic view showing sizes of the side surface 40b of the ridge portion 40a. Similar to 1 , is 11 a plan view schematically showing a configuration of the semiconductor laser element 1.

Die Breite in der x-Achsenrichtung des Gratteils 40a (nachfolgend einfach als „Breite“ bezeichnet) ändert sich kontinuierlich und zyklisch in Entsprechung zu der Position in der Y-Achsenrichtung (Wellenleitungsrichtung), wobei ein Teil mit einer großen Breite und ein Teil mit einer kleinen Breite alternierend in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind.The width in the x-axis direction of the ridge part 40a (hereinafter simply referred to as “width”) changes continuously and cyclically in correspondence to the position in the Y-axis direction (wave guiding direction), with a part having a large width and a part having a small width are arranged alternately in the Y-axis direction.

Dabei ist der lokale maximale Wert der Breite des Gratteils 40a als Wa definiert, und ist der lokale minimale Wert der Breite des Gratteils 40a als Wb definiert. Die Distanz in der Y-Achsenrichtung von der Position, wo die Breite des Gratteils 40a den lokalen maximalen Wert Wa zu der dazu benachbarten Position auf der positiven Seite der Y-Achse aufweist, innerhalb der Positionen, an denen die Breite des Gratteils 40a den lokalen minimalen Wert Wb aufweist, ist als La definiert. Die Distanz in der Y-Achsenrichtung von der Position, wo die Breite des Gratteils 40a den lokalen maximalen Wert Wa aufweist, zu der Position in Nachbarschaft dazu auf der negativen Seite der Y-Achse innerhalb der Positionen, an denen die Breite des Gratteils 40a den lokalen minimalen Wert Wb aufweist, ist als Lb definiert. Die Seitenfläche 40b, die sich von der Position, wo die Breite des Gratteils 40a den lokalen maximalen Wert Wa aufweist, zu der Position, wo die Breite des Gratteils 40a den lokalen minimalen Wert Wb aufweist, erstreckt, weist in einer Draufsicht eine lineare Form auf. Der Winkel zwischen der Y-Achsenrichtung und der Seitenfläche 40b, die sich von der Position, an welcher die Breite des Gratteils 40a den lokalen maximalen Wert Wa aufweist, zu der positiven Seite der Y-Achse erstreckt, ist als θa definiert. Der Winkel zwischen der Y-Achsenrichtung und der Seitenfläche 40b, die sich von der Position, wo die Breite des Gratteils 40a den lokalen maximalen Wert Wa aufweist, zu der negativen Seite der Y-Achse erstreckt, ist als θb definiert.Here, the local maximum value of the width of the ridge part 40a is defined as Wa, and the local minimum value of the width of the ridge part 40a is defined as Wb. The distance in the Y-axis direction from the position where the width of the ridge part 40a has the local maximum value Wa to the position adjacent thereto on the positive side of the Y-axis, within the positions where the width of the ridge part 40a has the local has minimum value Wb is defined as La. The distance in the Y-axis direction from the position where the width of the burr part 40a has the local maximum value Wa to the position adjacent thereto on the negative side of the Y-axis within the positions where the width of the burr part 40a has the local minimum value Wb is defined as Lb. The side surface 40b, which extends from the position where the width of the ridge part 40a has the local maximum value Wa to the position where the width of the ridge part 40a has the local minimum value Wb, has a linear shape in a plan view . The angle between the Y-axis direction and the side surface 40b extending from the position at which the width of the ridge part 40a has the local maximum value Wa to the positive side of the Y-axis is defined as θa. The angle between the Y-axis direction and the side surface 40b extending from the position where the width of the ridge part 40a has the local maximum value Wa to the negative side of the Y-axis is defined as θb.

Die Beziehung zwischen θa, θb, Wa, Wb, La und Lb wird durch die folgenden Formeln (1), (2) wiedergegeben. θ a = arctan { ( Wa Wb ) / ( 2 × La ) }

Figure DE112022001045T5_0001
θ b = arctan { ( Wa Wb ) / ( 2 × Lb ) }
Figure DE112022001045T5_0002
The relationship between θa, θb, Wa, Wb, La and Lb is represented by the following formulas (1), (2). θ a = arctan { ( Wha Wb ) / ( 2 × La ) }
Figure DE112022001045T5_0001
θ b = arctan { ( Wha Wb ) / ( 2 × Lb ) }
Figure DE112022001045T5_0002

In dieser Ausführungsform sind die Winkel θa, θb jeweils größer als ein Grenzwinkel θc gesetzt. Der Grenzwinkel θc ist der maximale Wert des Winkels, bei dem das Laserlicht vollständig an der Seitenfläche 40b des Gratteils 40a reflektiert wird. Das heißt, dass der Winkel θa, θb derart gesetzt ist, dass er die Formel (3) erfüllt. θ a > θ c and  θ b > θ c

Figure DE112022001045T5_0003
In this embodiment, the angles θa, θb are each set larger than a critical angle θc. The critical angle θc is the maximum value of the angle at which the laser light is completely reflected on the side surface 40b of the ridge part 40a. That is, the angle θa, θb is set to satisfy formula (3). θ a > θ c and θ b > θ c
Figure DE112022001045T5_0003

Wenn der Winkel θa, θb größer gesetzt ist als der Grenzwinkel θc, kann Licht in der Mode der höheren Ordnung reduziert werden und kann der Anteil von Licht in der Grundmode erhöht werden, was weiter unten mit Bezug auf 13(a) beschrieben wird.If the angle θa, θb is set larger than the critical angle θc, light in the higher order mode can be reduced and the proportion of light in the fundamental mode can be increased, which will be discussed below with reference to 13(a) is described.

Im Folgenden wird ein Setzbeispiel von Wa, Wb, La, Lb, θa und θb beschrieben.A setting example of Wa, Wb, La, Lb, θa and θb is described below.

Zum Beispiel ist die Breite des Gratteils 40a nicht kleiner als 1 µm und nicht größer als 100 µm. Um zu veranlassen. dass das Halbleiterlaserelement 1 mit einer hohen Lichtausgabe (z.B. Watt-Klasse) betrieben wird, darf der lokale maximale Wert Wa der Breite des Gratteils 40a nicht kleiner als 10 µm und nicht größer als 50 µm gesetzt werden. Je kleiner der lokale minimale Wert Wb der Breite des Gratteils 40a ist, desto stärker kann die Modenkomponente einer höheren Ordnung reduziert werden. Wenn jedoch der lokale minimale Wert Wb zu klein ist, wird auch die Grundmodenkomponente (transversale Grundmodenkomponente) reduziert. Wenn dagegen der lokale minimale Wert Wb der Breite des Gratteils 40a groß vorgesehen wird, wird der Reduktionseffekt für die Modenkomponente der höheren Ordnung reduziert. Um die Modenkomponente der höheren Ordnung effizient zu unterdrücken und gleichzeitig die Intensität gemäß der Grundmode aufrechtzuerhalten, kann der lokale minimale Wert Wb der Breite des Gratteils 40a auf nicht weniger als 1/4 und nicht größer als 3/4 des lokalen maximalen Werts Wa der Breite gesetzt werden.For example, the width of the ridge part 40a is not smaller than 1 µm and not larger than 100 µm. To prompt. that the semiconductor laser element 1 is operated with a high light output (e.g. Watt class), the local maximum value Wa of the width of the ridge part 40a must be set not smaller than 10 μm and not larger than 50 μm. The smaller the local minimum value Wb of the width of the ridge part 40a, the more the higher order mode component can be reduced. However, if the local minimum value Wb is too small, the fundamental mode component (transverse fundamental mode component) is also reduced. On the other hand, if the local minimum value Wb of the width of the ridge part 40a is made large, the reduction effect for the higher order mode component is reduced. In order to efficiently suppress the higher order mode component while maintaining the intensity according to the fundamental mode, the local minimum value Wb of the width of the ridge part 40a can be set to not less than 1/4 and not greater than 3/4 of the local maximum value Wa of the width be set.

Wenn die Distanz La, Lb vermindert wird, wird der Winkel θa, θb vergrößert, sodass die Formel (3) einfach erfüllt wird. Wenn dagegen die Distanz La, Lb zu stark reduziert wird, wird die Anzahl der Teile, wo die Breite des Gratteils 40a klein ist, in dem Bereich der Länge in der Y-Achsenrichtung des Halbleiterlaserelements 1 reduziert. Dadurch wird der Unterdrückungseffekt für die Mode der höheren Ordnung reduziert. In dieser Ausführungsform werden Wa=16 µm, Wb=10 µm und La=Lb=30 µm gesetzt. Dabei wird θa=θb=5,7° realisiert.When the distance La, Lb is decreased, the angle θa, θb is increased, so that formula (3) is easily satisfied. On the other hand, if the distance La, Lb is reduced too much, the number of Parts where the width of the ridge part 40a is small are reduced in the range of the length in the Y-axis direction of the semiconductor laser element 1. This reduces the suppression effect for the higher order mode. In this embodiment, Wa=16 µm, Wb=10 µm and La=Lb=30 µm are set. This results in θa=θb=5.7°.

Solange die Bedingungen der Formeln (1), (2) erfüllt werden, kann La≠Lb erlaubt werden. Im Fall von La≠Lb geht zwar Licht in der Y-Achsenrichtung in dem Resonator hin und her, wobei jedoch der Verlust an der Mode der höheren Ordnung zwischen dem Vorwärtspfad und dem Rückwärtspfad verschieden vorgesehen werden kann. Zum Beispiel kann im Fall von La>Lb der Verlust auf der Mode der höheren Ordnung reduziert werden, wenn Licht von der Endfläche 1b zu der Endfläche 1a fortschreitet.As long as the conditions of formulas (1), (2) are met, La≠Lb can be allowed. In the case of La≠Lb, although light passes back and forth in the Y-axis direction in the resonator, the higher-order mode loss can be provided differently between the forward path and the reverse path. For example, in the case of La>Lb, the loss on the higher order mode can be reduced when light propagates from the end face 1b to the end face 1a.

Wie weiter oben beschrieben, ist der Nutteil 70 an der Außenseite der Seitenfläche 40b des Gratteils 40a angeordnet. Wenn dabei der Gratteil 40a und der Nutteil 70 voneinander durch eine bestimmte Distanz Dd in der Breitenrichtung (der X-Achsenrichtung) des Gratteils 40a getrennt sind, muss die Formel (4) erfüllt werden, damit der Nutteil 70 einen Effekt auf das Fortschreiten des Lichts an der Außenseite des Gratteils 40a hat. Wb + 2 × Dd < Wa

Figure DE112022001045T5_0004
As described above, the groove part 70 is arranged on the outside of the side surface 40b of the ridge part 40a. Here, when the ridge part 40a and the groove part 70 are separated from each other by a certain distance Dd in the width direction (the X-axis direction) of the ridge part 40a, the formula (4) must be satisfied in order for the groove part 70 to have an effect on the propagation of light on the outside of the ridge part 40a. Wb + 2 × Dd < Wha
Figure DE112022001045T5_0004

Wenn dabei die Distanz Dd zu klein ist, erhöht sich der Anteil unter dem Einfluss des Nutteils 70 in der Grundmodenkomponente, wodurch der Verlust der Grundmode vergrößert wird. Deshalb muss die Distanz Dd eine gewisse Größe aufweisen. Aus durch die Erfinder durchgeführten Untersuchungen ging hervor, dass, wenn die Distanz Dd nicht kleiner als 1 µm ist, der Verlust in der Grundmodenkomponente unterdrückt werden kann. In der X-Achsenrichtung kann sich das Ende des Nutteils 70 auf der zu dem Gratteil 40a gegenüberliegenden Seite bei der gleichen Position wie die Seitenfläche 40b des Gratteils 40a, wo die Breite den lokalen maximalen Wert Wa aufweist, oder weiter außen befinden. In dieser Ausführungsform ist Dd=2 µm gesetzt, und in der X-Achsenrichtung befindet sich das Ende des Nutteils 70 auf der zu dem Gratteil 40a gegenüberliegenden Seite an der gleichen Position wie die Seitenfläche 40b des Gratteils 40a, wo die Breite den lokalen maximalen Wert Wa aufweist.At this time, if the distance Dd is too small, the proportion under the influence of the groove part 70 in the fundamental mode component increases, thereby increasing the loss of the fundamental mode. Therefore the distance Dd must have a certain size. From studies carried out by the inventors, it was found that when the distance Dd is not smaller than 1 µm, the loss in the fundamental mode component can be suppressed. In the X-axis direction, the end of the groove part 70 may be on the side opposite to the ridge part 40a at the same position as the side surface 40b of the ridge part 40a where the width has the local maximum value Wa, or further outward. In this embodiment, Dd=2 µm, and in the Wa has.

Im Folgenden wird beschrieben, wie der Grenzwinkel θc erhalten wird.The following describes how the critical angle θc is obtained.

Es wird hier unter Verwendung einer äquivalenten Brechungsindexmethode ein dreidimensionaler Aufbau des Gratteils 40a durch einen Wellenleitungssaufbau mit einer zweidimensionalen Platte vorgesehen. An der Mittenposition in der X-Achsenrichtung des Gratteils 40a wird ein äquivalenter Brechungsindex ni an dieser Position unter Verwendung der Dicke und des Brechungsindex jeder Schicht berechnet. Entsprechend wird an der Mittenposition in der X-Achsenrichtung des Nutteils 70 ein äquivalenter Brechungsindex no an dieser Position unter Verwendung der Dicke und des Brechungsindex jeder Schicht berechnet. Der äquivalente Brechungsindex ni ist der effektive Brechungsindex auf der Innenseite des Gratteils 40a, und der äquivalente Brechungsindex no ist der effektive Brechungsindex auf der Außenseite des Gratteils 40a. In dieser Ausführungsform wird durch die Ausbildung des Gratteils 40a ni>no immer erfüllt.Here, using an equivalent refractive index method, a three-dimensional structure of the ridge portion 40a is provided by a waveguide structure with a two-dimensional plate. At the center position in the Accordingly, at the center position in the X-axis direction of the groove part 70, an equivalent refractive index no at that position is calculated using the thickness and refractive index of each layer. The equivalent refractive index ni is the effective refractive index on the inside of the ridge part 40a, and the equivalent refractive index no is the effective refractive index on the outside of the ridge part 40a. In this embodiment, ni>no is always fulfilled by the formation of the ridge part 40a.

Dann wird unter Verwendung des Schnelliusschen Gesetzes der maximale Wert des Winkels, wenn eine Gesamtreflexionsbedingung erfüllt wird, d.h. der Grenzwinkel θc, berechnet. Der Grenzwinkel θc wird durch die Formel (5) berechnet. θ c = 90 ° arcsin ( no/ni )

Figure DE112022001045T5_0005
Then, using Schnellius' law, the maximum value of the angle when an overall reflection condition is satisfied, that is, the critical angle θc, is calculated. The critical angle θc is calculated by the formula (5). θ c = 90 ° arcsin ( no/no )
Figure DE112022001045T5_0005

Wenn zum Beispiel ni=2,535 und no=2,527, wird θc=4,6° basierend auf der Formel (5) berechnet. Unter Verwendung des auf diese Weise berechneten θc werden Wa, Wb, La und Lb derart gesetzt, dass die Formeln (1) bis (3) erfüllt werden.For example, if ni=2.535 and no=2.527, θc=4.6° is calculated based on formula (5). Using the thus calculated θc, Wa, Wb, La and Lb are set so that the formulas (1) to (3) are satisfied.

Im Folgenden wird ein Beispiel für die Prozedur zum tatsächlichen Bestimmen jedes gesetzten Werts beschrieben.An example of the procedure for actually determining each set value is described below.

12(a) ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen einer Brechungsindexdifferenz (ni-no) zwischen der Innenseite und der Außenseite des Gratteils 40a und dem Grenzwinkel θc zeigt. In 12(a) gibt die horizontale Achse die Brechungsindexdifferenz (ni-no) wieder und gibt die vertikale Achse den Grenzwinkel θc wieder. Das Kurvendiagramm in 12(a) ist basierend auf der Formel (5) entstanden. 12(a) is a graph showing the relationship between a refractive index difference (ni-no) between the inside and outside of the ridge part 40a and the critical angle θc. In 12(a) the horizontal axis represents the refractive index difference (ni-no) and the vertical axis represents the critical angle θc. The curve diagram in 12(a) was created based on formula (5).

Wenn wie weiter oben beschrieben der äquivalente Brechungsindex ni, no unter Verwendung der Dicke und des Brechungsindex jeder Schicht berechnet wird, kann der Grenzwinkel θc basierend auf der Formel (5) oder dem Kurvendiagramm von 12(a) berechnet werden.As described above, when the equivalent refractive index ni, no is calculated using the thickness and refractive index of each layer, the critical angle θc can be based on the formula (5) or the curve diagram of 12(a) be calculated.

12(b) ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen der Distanz La und dem lokalen minimalen Wert Wb zeigt, das die Formel (3) erfüllt, wenn der lokale maximale Wert Wa fix auf 16 µm gesetzt ist und der Grenzwinkel θc 2,6°, 3,6°, 4,6°, 5,6° oder 6,6° ist. In 12(b) gibt die horizontale Achse die Distanz La wieder und gibt die vertikale Achse den lokalen minimalen Wert Wb wieder. 12(b) is a curve diagram showing the relationship between the distance La and the local minimum value Wb, which satisfies the formula (3) when the local maximum value Wa is fixed at 16 µm and the critical angle θc is 2.6°, 3, 6°, 4.6°, 5.6° or 6.6°. In 12(b) the horizontal axis represents the distance La and the vertical axis represents the local minimum value Wb.

In einem Bereich unter jeder geraden Linie in 12(b) wird die Bedingung der Formel (3) erfüllt. Wenn also der lokale minimale Wert Wb und die Distanz La derart gesetzt sind, dass sie in dem Bereich unterhalb der geraden Linie in Entsprechung zu dem Grenzwinkel θc enthalten sind, kann der Winkel θa größer als der Grenzwinkel θc gesetzt werde. Und auch in Bezug auf die Distanz Lb kann, wenn der lokale minimale Wert Wb und die Distanz Lb derart gesetzt sind, dass sie in dem Bereich unterhalb der geraden Linie in Entsprechung zu dem Grenzwinkel θc enthalten sind, der Winkel θb größer als der Grenzwinkel θc gesetzt werden.In an area under each straight line in 12(b) the condition of formula (3) is fulfilled. Therefore, when the local minimum value Wb and the distance La are set to be included in the area below the straight line corresponding to the critical angle θc, the angle θa can be set larger than the critical angle θc. And also with respect to the distance Lb, when the local minimum value Wb and the distance Lb are set to be included in the area below the straight line corresponding to the critical angle θc, the angle θb can be larger than the critical angle θc be set.

Auf diese Weise wird der Grenzwinkel θc basierend auf den äquivalenten Brechungsindizes ni und no auf der Innenseite und der Außenseite des Gratteils 40a berechnet und können der lokale maximale Wert Wa, der lokale minimale Wert Wb und die Distanz La, Lb basierend auf dem berechneten θc gesetzt werden. Dementsprechend wird die Formel (3) erfüllt, sodass also Licht in der Mode der höheren Ordnung reduziert werden kann.In this way, the critical angle θc is calculated based on the equivalent refractive indices ni and no on the inside and outside of the ridge part 40a, and the local maximum value Wa, the local minimum value Wb and the distance La, Lb can be set based on the calculated θc become. Accordingly, formula (3) is satisfied, so that light can be reduced in the higher order mode.

Im Folgenden werden mit Bezug auf ein in 13(a) und 13(c) gezeigtes Vergleichsbeispiel 1 und ein in 14 gezeigtes Vergleichsbeispiel 2 die Vorteile und Nachteile der Vergleichsbeispiele 1 und 2 beschrieben.The following is with reference to an in 13(a) and 13(c) shown comparative example 1 and one in 14 Comparative Example 2 shown describes the advantages and disadvantages of Comparative Examples 1 and 2.

13(a) ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration eines Halbleiterlaserelements gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 zeigt. In einem unteren Teil von 13(a) sind Kurvendiagramme, die Beispiele für die Lichtverteilung in der Grundmode und der Mode der höheren Ordnung in der X-Achsenrichtung zeigen, vorgesehen. 13(a) Fig. 10 is a plan view schematically showing a configuration of a semiconductor laser element according to Comparative Example 1. In a lower part of 13(a) Curve diagrams showing examples of the light distribution in the fundamental mode and the higher order mode in the X-axis direction are provided.

In dem Vergleichsbeispiel 1 ist im Vergleich zu der oben beschriebenen Ausführungsform kein Nutteil 70 vorgesehen. In dem Halbleiterlaserelement des Vergleichsbeispiels 1 schreitet während der Laseroszillation Licht in der Y-Achsenrichtung in dem Gratteil 40a fort. Zu diesem Zeitpunkt wird die Gesamtreflexionsbedingung auf der Innenseite und der Außenseite des Gratteils 40a nicht erfüllt (weil die Formel (3) erfüllt wird, sodass das Licht allgemein in der Y-Achsenrichtung fortschreitet, auch wenn ein Teil, an dem die Breite des Gratteils 40a klein ist, vorhanden ist. In 13(a) wird durch in Strichlinien gezeichnete Pfeile angegeben, wie das Licht fortschreitet. In einem Teil, in dem die Breite des Gratteils 40a klein ist, schreitet das Licht etwas auf der Innenseite unter dem Einfluss der Brechungsindexdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite des Gratteils 40a fort. Weil jedoch die Gesamtreflexionsbedingung nicht erfüllt wird, schreitet der Großteil des Lichts in der Y-Achsenrichtung fort, während es durch die Außenseite des Gratteils 40a hindurchgeht.In Comparative Example 1, no groove part 70 is provided compared to the embodiment described above. In the semiconductor laser element of Comparative Example 1, during laser oscillation, light propagates in the Y-axis direction in the ridge portion 40a. At this time, the overall reflection condition on the inside and outside of the ridge part 40a is not satisfied (because the formula (3) is satisfied, so the light generally propagates in the Y-axis direction even if a part where the width of the ridge part 40a is small, is present. In 13(a) arrows drawn in dashed lines indicate how the light progresses. In a part where the width of the ridge part 40a is small, the light propagates slightly on the inside under the influence of the refractive index difference between the inside and the outside of the ridge part 40a. However, because the overall reflection condition is not satisfied, most of the light propagates in the Y-axis direction while passing through the outside of the ridge portion 40a.

Dabei umfasst das an dem Gratteil 40a fortschreitende Licht ein Licht in der Grundmode und ein Licht in der Mode der höheren Ordnung wie in den Kurvendiagrammen in dem unteren Teil von 13(a) gezeigt. Wenn wie in dem Vergleichsbeispiel 1 gezeigt, die Formel (3) erfüllt wird, geht die Lichtkomponente der Mode der höheren Ordnung wegen der Seitenfläche 40b des Gratteils 40a verloren und kann der Anteil der Grundmode vergrößert werden.Here, the light propagating on the ridge part 40a includes a light in the fundamental mode and a light in the higher order mode as in the curve diagrams in the lower part of 13(a) shown. As shown in Comparative Example 1, when the formula (3) is satisfied, the light component of the higher order mode is lost due to the side surface 40b of the ridge portion 40a and the proportion of the fundamental mode can be increased.

13(b) und 13(c) sind Querschnittansichten, die jeweils schematisch Konfigurationen des Halbleiterlasers des Vergleichsbeispiels 1 von 13(a) bei einem A11-A12-Querschnitt und einem A21-A22-Querschnitt aus der positiven Y-Achsenrichtung gesehen zeigen. In 13(b) und 13(c) sind der Einfachheit halber nur das Substrat 10, die erste Halbleiterschicht 20, die aktive Schicht 32 und die zweite Halbleiterschicht 40 gezeigt. 13(b) and 13(c) are cross-sectional views each schematically showing configurations of the semiconductor laser of Comparative Example 1 of 13(a) for an A11-A12 cross-section and an A21-A22 cross-section seen from the positive Y-axis direction. In 13(b) and 13(c) For the sake of simplicity, only the substrate 10, the first semiconductor layer 20, the active layer 32 and the second semiconductor layer 40 are shown.

Wie in 13(b) gezeigt, ist das Halbleiterlaserelement derart konfiguriert, dass an einer Position, wo die Breite des Gratteils 40a groß ist, das in dem Gratteil 40a fortschreitende Licht auf die Nachbarschaft der aktiven Schicht 32 wie durch die Lichtverteilung DL1 in der Grundmode angegeben, beschränkt ist. In diesem Fall ist es weniger wahrscheinlich, dass in dem Gratteil 40a fortschreitendes Licht das Substrat 10 überlappt.As in 13(b) As shown, the semiconductor laser element is configured such that at a position where the width of the ridge portion 40a is large, the light propagating in the ridge portion 40a is limited to the vicinity of the active layer 32 as indicated by the light distribution DL1 in the fundamental mode. In this case, light traveling in the ridge portion 40a is less likely to overlap the substrate 10.

Jedoch wird, wie in 13(c) gezeigt, an einer Position, wo die Breite des Gratteils 40a klein ist, auf der Außenseite des Gratteils 40a fortschreitendes Licht wie durch die Lichtverteilung DL2 in der Grundmode angegeben nach unten zu der Seite des Substrats 10 gedrückt, weil die Dicke der p-seitigen Deckschicht 42 auf der Außenseite des Gratteils 40a klein ist. Deshalb wird zwischen der aktiven Schicht 32 und der ersten Halbleiterschicht 20 und zwischen der ersten Halbleiterschicht 20 und dem Substrat 10 eine Erregung in einer Mode einer höheren Ordnung in der vertikalen Richtung, die als eine Substratmode bezeichnet wird, verursacht. Wenn diese Substratmode verursacht wird, wird eine Welligkeit in dem vertikalen Fernfeldmuster verursacht. Eine derartige Welligkeit vergrößert sich insbesondere aufgrund einer Mode einer höheren Ordnung, die eine Spitze der Lichtintensität auf der Außenseite des Gratteils 40a aufweist.However, as in 13(c) shown, at a position where the width of the ridge portion 40a is small, light propagating on the outside of the ridge portion 40a as indicated by the light distribution DL2 in the fundamental mode is pressed downward toward the side of the substrate 10 because of the thickness of the p-side cover layer 42 is small on the outside of the ridge part 40a. Therefore, excitation in a higher order mode in the vertical direction, referred to as a substrate mode, is caused between the active layer 32 and the first semiconductor layer 20 and between the first semiconductor layer 20 and the substrate 10. When this substrate mode is caused, a ripple is caused in the vertical far field pattern. Such a ripple increases particularly due to a higher order mode having a peak in light intensity on the outside of the ridge portion 40a.

14 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration eines Halbleiterlaserelements gemäß dem Vergleichsbeispiel 2 zeigt. In 14 sind Kurvendiagramme, die schematisch Beispiele der Lichtverteilung in der Grundmode und der Mode der höheren Ordnung in der X-Achsenrichtung zeigen, vorgesehen. 14 is a plan view schematically showing a configuration of a semiconductor laser element according to Comparative Example 2. In 14 Curve diagrams schematically showing examples of light distribution in the fundamental mode and the higher order mode in the X-axis direction are provided.

In dem Vergleichsbeispiel 2 ist im Vergleich zu der oben beschriebenen Ausführungsform kein Nutteil 70 vorgesehen und ist anstelle des Gratteils 40a ein Gratteil 200 in einem oberen Teil der zweiten Halbleiterschicht 40 ausgebildet. In dem Vergleichsbeispiel 2 wird die Gesamtreflexionsbedingung auf der Innenseite und der Außenseite des Gratteils 200 erfüllt. In dem Vergleichsbeispiel 2 werden statt der Formel (3) die Beziehungen θa<θc und θb<θc erfüllt.In Comparative Example 2, compared to the embodiment described above, there is no Groove part 70 is provided and instead of the burr part 40a, a burr part 200 is formed in an upper part of the second semiconductor layer 40. In Comparative Example 2, the overall reflection condition on the inside and outside of the ridge part 200 is satisfied. In Comparative Example 2, instead of formula (3), the relationships θa<θc and θb<θc are satisfied.

Weil in dem Vergleichsbeispiel 2 die Formel (3) nicht erfüllt wird, kann Licht in der Mode der höheren Ordnung nicht in der Weise wie in dem Vergleichsbeispiel 1 reduziert werden. In dem Vergleichsbeispiel 2 kann jedoch eine Welligkeit in dem vertikalen Fernfeldmuster, die im Fall des Vergleichsbeispiels 1 verursacht wird, unterdrückt werden.In Comparative Example 2, because formula (3) is not satisfied, light in the higher order mode cannot be reduced in the manner as in Comparative Example 1. However, in Comparative Example 2, ripple in the vertical far-field pattern caused in the case of Comparative Example 1 can be suppressed.

In dem Halbleiterlaserelement des Vergleichsbeispiels 2 erfüllt die Brechungsindexdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite des Gratteils 200 die Gesamtreflexionsbedingung. Wie durch die in Strichlinien gezeichneten Pfeile in 14 angegeben, wird Licht in dem Gratteil 200 an einer Seitenfläche 201 des Gratteils 200 reflektiert und geht das reflektierte licht durch die andere Seitenfläche 201 des Gratteils 200 hindurch, um auf die Außenseite des Gratteils 200 gestrahlt zu werden. Das heißt, dass das als Laserlicht zu außerhalb des Halbleiterlaserelements emittierte Licht nicht auf der Außenseite des Gratteils 200 fortschreitet. Die in dem Vergleichsbeispiel 1 verursachte Substratmode wird in dem Aufbau des Gratteils 200 des Vergleichsbeispiels 2 unterdrückt. Deshalb kann mit dem Halbleiterlaserelement des Vergleichsbeispiels 2 eine Welligkeit in dem vertikalen Fernfeldmuster unterdrückt werden.In the semiconductor laser element of Comparative Example 2, the refractive index difference between the inside and the outside of the ridge part 200 satisfies the overall reflection condition. As indicated by the arrows drawn in dashed lines in 14 stated, light in the ridge portion 200 is reflected on one side surface 201 of the ridge portion 200, and the reflected light passes through the other side surface 201 of the ridge portion 200 to be irradiated onto the outside of the ridge portion 200. That is, the light emitted as laser light to outside the semiconductor laser element does not propagate on the outside of the ridge portion 200. The substrate mode caused in Comparative Example 1 is suppressed in the structure of the burr part 200 of Comparative Example 2. Therefore, with the semiconductor laser element of Comparative Example 2, ripple in the vertical far field pattern can be suppressed.

15 enthält Kurvendiagramme, die ein Ergebnis eines Experiments an einem vertikalen Fernfeldmuster zeigen, das erhalten wird, wenn die Strukturen des Gratteile der Halbleiterlaserelemente gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 und 2 geändert werden. 15 contains curve diagrams showing a result of an experiment on a vertical far-field pattern obtained when the structures of the ridge parts of the semiconductor laser elements according to Comparative Examples 1 and 2 are changed.

Mit Bezug auf 11, die Größen von Komponenten zeigt, wurden in diesem Experiment La=Lb und Wa=16 µm fix gesetzt und wurde die Distanz La in einem Bereich von 15 µm bis 90 µm mit einem Intervall von 15 µm geändert. Der lokale minimale Wert Wb der Breite wurde in einem Bereich von 4 µm bis 10 µm mit einem Intervall von 2 µm geändert. In diesem Experiment war ähnlich wie in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 kein Nutteil 70 vorgesehen.Regarding 11 , which shows the sizes of components, in this experiment La=Lb and Wa=16 µm were set fixed and the distance La was changed in a range from 15 µm to 90 µm with an interval of 15 µm. The local minimum value Wb of the width was changed in a range of 4 µm to 10 µm with an interval of 2 µm. In this experiment, similar to Comparative Examples 1 and 2, no groove part 70 was provided.

15 zeigt das vertikale Fernfeldmuster bei einer Lichtausgabe von 1 W in den Halbleiterlaserelementen mit diesen entsprechenden Strukturen. In jedem Kurvendiagramm von 15 gibt die vertikale Achse die Lichtintensität, normalisiert mit dem maximalen Wert wieder und gibt die horizontale Achse den normalisierten Winkel wieder. In 15 werden Kurven des vertikalen Fernfeldmuster basierend auf dem Halbleiterlaserelement des Vergleichsbeispiels 1, die die Beziehung der Formel (3) erfüllen, und Kurven des vertikalen Fernfeldmuster basierend auf dem Halbleiterlaserelement des Vergleichsbeispiels 2, die die Beziehung der Formel (3) nicht erfüllen, durch eine Strichlinie voneinander abgegrenzt. 15 shows the vertical far field pattern at a light output of 1 W in the semiconductor laser elements with these corresponding structures. In every curve diagram of 15 the vertical axis represents the light intensity normalized to the maximum value and the horizontal axis represents the normalized angle. In 15 Curves of the vertical far-field pattern based on the semiconductor laser element of Comparative Example 1, which satisfy the relationship of formula (3), and curves of the vertical far-field pattern based on the semiconductor laser element of Comparative Example 2, which do not satisfy the relationship of formula (3), are represented by a dashed line separated from each other.

Wie in den Kurven auf der linken Seite der Strichlinie gezeigt, wird in dem Halbleiterlaserelement (Vergleichsbeispiel 1), das θa>θc und θb>θc erfüllt, eine Welligkeit (Störung) in dem vertikalen Fernfeldmuster verursacht. Dagegen wird, wie in den Kurven auf der rechten Seite der Strichlinie gezeigt, in dem Halbleiterlaserelement (Vergleichsbeispiel 2), das θa<θc und θb<θc erfüllt, keine Welligkeit in dem vertikalen Fernfeldmuster verursacht. Und je kleiner der lokale minimale Wert Wb der Breite ist, desto größer wird die Intensität der Welligkeit. Je kleiner nämlich der lokale minimale Wert Wb der Breite ist, desto größer ist der Anteil des durch die Außenseite des Gratteils hindurchgehenden Lichts. In den Kurven auf der linken Seite der Strichlinie wird die Welligkeit in einer Struktur, die näher an der die Beziehung θa<θc und θb<θc erfüllenden Struktur ist, kleiner. Der Grund hierfür ist, dass der Anteil des die Bedingung θa<θc und θb<θc erfüllenden Lichts, d.h. die Gesamtreflexionsbedingung, größer ist.As shown in the curves on the left side of the dashed line, in the semiconductor laser element (Comparative Example 1) satisfying θa>θc and θb>θc, a ripple (disturbance) is caused in the vertical far-field pattern. On the other hand, as shown in the curves on the right side of the dashed line, in the semiconductor laser element (Comparative Example 2) satisfying θa<θc and θb<θc, no ripple is caused in the vertical far field pattern. And the smaller the local minimum value Wb of the width, the greater the intensity of the ripple becomes. Namely, the smaller the local minimum value Wb of the width, the larger the proportion of light passing through the outside of the ridge part. In the curves on the left side of the dashed line, the waviness becomes smaller in a structure that is closer to the structure satisfying the relationship θa<θc and θb<θc. The reason for this is that the proportion of light satisfying the condition θa<θc and θb<θc, i.e. the overall reflection condition, is larger.

Wie weiter oben beschrieben, wird in dem Halbleiterlaserelement des Vergleichsbeispiels 1, das die Beziehung der Formel (3) erfüllt, eine Welligkeit in dem vertikalen Fernfeldmuster verursacht. Dagegen ist in dem Halbleiterlaserelement des Vergleichsbeispiels 2, das die Beziehung der Formel (3) nicht erfüllt, die Wahrscheinlichkeit dafür, dass eine Welligkeit in dem vertikalen Fernfeldmuster verursacht wird, kleiner, wobei es jedoch schwierig ist, dass Licht in der Mode der höheren Ordnung wie mit Bezug auf 14 beschrieben zu reduzieren. Im Gegensatz dazu erfüllt das Halbleiterlaserelement 1 gemäß dieser Ausführungsform die Beziehung der Formel (3) und umfasst den Nutteil 70 für das Unterdrücken einer Welligkeit in dem vertikalen Fernfeldmuster.As described above, in the semiconductor laser element of Comparative Example 1, which satisfies the relationship of formula (3), ripple is caused in the vertical far-field pattern. On the other hand, in the semiconductor laser element of Comparative Example 2, which does not satisfy the relationship of formula (3), the probability of causing ripple in the vertical far field pattern is smaller, but it is difficult for light in the higher order mode as with reference to 14 to reduce described. In contrast, the semiconductor laser element 1 according to this embodiment satisfies the relationship of formula (3) and includes the groove part 70 for suppressing ripple in the vertical far field pattern.

Mit Bezug auf 16(a) bis 16(c) werden Effekte des Nutteils 70 des Halbleiterlaserelements 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.Regarding 16(a) to 16(c) Effects of the groove part 70 of the semiconductor laser element 1 according to the present embodiment will be described.

16(a) ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration des Halbleiterlaserelements 1 gemäß der Ausführungsform zeigt. In einem unteren Teil von 16(a) sind Kurvendiagramme, die Beispiele der Lichtverteilung in der Grundmode und der Mode der höheren Ordnung in der X-Achsenrichtung zeigen, enthalten. 16(a) is a plan view schematically showing a configuration of the semiconductor laser element 1 according to the embodiment. In a lower part of 16(a) Curve diagrams showing examples of light distribution in the fundamental mode and the higher order mode in the X-axis direction are included.

In der Ausführungsform schreitet Licht ähnlich wie in dem oben beschriebenen Vergleichsbeispiel 1 allgemein in der Y-Achsenrichtung wie durch die in Strichlinien gezeichneten Pfeile angegeben fort. Dabei enthält das an dem Gratteil 40a fortschreitende Licht ein Licht in der Grundmode und ein Licht in der Mode einer höheren Ordnung wie in den Kurvendiagrammen im unteren Teil von 16(a) gezeigt. In der Ausführungsform wird die Formel (3) wie in dem Vergleichsbeispiel 1 erfüllt. Die Lichtkomponente in der Mode der höheren Ordnung geht aufgrund der Seitenfläche 40b des Gratteils 40a verloren, und der Anteil der Grundmode kann vergrößert werden.In the embodiment, similar to Comparative Example 1 described above, light generally propagates in the Y-axis direction as indicated by the dashed arrows. Here, the light propagating from the ridge portion 40a includes a fundamental mode light and a higher order mode light as shown in the curve diagrams in the lower part of FIG 16(a) shown. In the embodiment, formula (3) is satisfied as in Comparative Example 1. The light component in the higher order mode is lost due to the side surface 40b of the ridge portion 40a, and the proportion of the fundamental mode can be increased.

16(b) und 16(c) sind Querschnittansichten, die jeweils schematisch Konfigurationen des Halbleiterlaserelements 1 der Ausführungsform von 16(a) bei einem A31-A32-Querschnitt und einem A41-A42-Querschnitt aus der positiven Y-Achsenrichtung gesehen zeigen. In 16(b) und 16(c) sind der Einfachheit halber nur das Substrat 10, die erste Halbleiterschicht 20, die aktive Schicht 32, die zweite Halbleiterschicht 40 und der Nutteil 70 gezeigt. 16(b) and 16(c) are cross-sectional views each schematically showing configurations of the semiconductor laser element 1 of the embodiment of FIG 16(a) for an A31-A32 cross-section and an A41-A42 cross-section seen from the positive Y-axis direction. In 16(b) and 16(c) For the sake of simplicity, only the substrate 10, the first semiconductor layer 20, the active layer 32, the second semiconductor layer 40 and the groove part 70 are shown.

Wie in 16(b) gezeigt, ist es an einer Position, wo die Breite des Gratteils 40a groß ist, ähnlich wie in dem Vergleichsbeispiel 1 weniger wahrscheinlich, dass in dem Gratteil 40a fortschreitendes Licht das Substrat 10 überlappt, wie durch die Lichtverteilung DL3 in der Grundmode angegeben.As in 16(b) As shown, at a position where the width of the ridge portion 40a is large, similarly to Comparative Example 1, light propagating in the ridge portion 40a is less likely to overlap the substrate 10 as indicated by the light distribution DL3 in the fundamental mode.

Wie in 16(c) gezeigt, ist an einer Position, wo die Breite des Gratteils 40a klein ist, der Nutteil 70 an der Außenseite des Gratteils 40a ausgebildet und geht das durch die Außenseite des Gratteils 40a hindurchgehende Licht direkt über dem Nutteil 70 hindurch.As in 16(c) As shown, at a position where the width of the ridge portion 40a is small, the groove portion 70 is formed on the outside of the ridge portion 40a, and the light passing through the outside of the ridge portion 40a passes directly above the groove portion 70.

Dabei ist der Nutteil 70 wie oben beschrieben mit Luft gefüllt und weist also einen Brechungsindex auf, der kleiner als derjenige der ersten Halbleiterschicht 20 ist. Wenn also der Nutteil 70 mit einem kleinen Brechungsindex unten (auf der Seite der ersten Halbleiterschicht 20 in Bezug auf die aktive Schicht 32) in einem Lichtdurchgangsbereich ausgebildet ist, wird eine nach unten gerichtete Bewegung des Lichts beschränkt. Es wird also eine nach unten gerichtete Bewegung des Lichts, das an der Außenseite des Gratteils 40a fortgeschritten ist und direkt über dem Nutteil 70 angekommen ist, unterdrückt. Deshalb befindet sich wie in 16(c) gezeigt eine Lichtverteilung DL4 in der Grundmode des Laserlichts gemäß dieser Ausführungsform an einer oberen Position relativ zu der Lichtverteilung DL2 in der Grundmode des Laserlichts, wenn der Nutteil 70 nicht vorgesehen ist (Vergleichsbeispiel 1). Dementsprechend kann eine Bewegung des Lichts zu dem Substrat 10 reduziert werden, wodurch die Substratmode reduziert werden kann. Dadurch wird mit dem Halbleiterlaserelement 1 dieser Ausführungsform eine Welligkeit in dem vertikalen Fernfeldmuster unterdrückt.The groove part 70 is filled with air as described above and therefore has a refractive index that is smaller than that of the first semiconductor layer 20. Therefore, when the groove part 70 having a small refractive index is formed at the bottom (on the first semiconductor layer 20 side with respect to the active layer 32) in a light transmission region, downward movement of the light is restricted. So, a downward movement of the light that has advanced to the outside of the ridge part 40a and arrived directly above the groove part 70 is suppressed. That's why it's like in 16(c) 1 shows a light distribution DL4 in the fundamental mode of laser light according to this embodiment at an upper position relative to the light distribution DL2 in the fundamental mode of laser light when the groove part 70 is not provided (Comparative Example 1). Accordingly, movement of the light to the substrate 10 can be reduced, thereby reducing the substrate mode. Thereby, with the semiconductor laser element 1 of this embodiment, ripple in the vertical far field pattern is suppressed.

<Effekte der Ausführungsform><Effects of Embodiment>

Gemäß der Ausführungsform werden die folgenden Effekte erzielt.According to the embodiment, the following effects are achieved.

Weil der Winkel θa, θb zwischen der Seitenfläche 40b des Gratteils 40a und der Wellenleitungsrichtung (der Y-Achsenrichtung) größer gesetzt ist als der Grenzwinkel θc, wird das Laserlicht in der Mode der höheren Ordnung abgeschnitten und wird der Anteil des Laserlichts in der Grundmode erhöht. Der Nutteil 70 ist wenigstens an dem Substrat 10 und der ersten Halbleiterschicht 20 ausgebildet und ist auf der Außenseite der Seitenfläche 40b wenigstens dort, wo die Breite des Gratteils 40a klein ist, angeordnet. Dementsprechend ist wie mit Bezug auf 16(c) beschrieben eine nach unten gerichtete Bewegung der Verteilungsposition des an dem Gratteil 40a (des Wellenleiters WG) fortschreitenden Laserlichts weniger wahrscheinlich, wodurch eine Welligkeit in dem vertikalen Fernfeldmuster unterdrückt wird. Während also eine Welligkeit in dem vertikalen FPP unterdrückt wird, kann der Anteil der Grundmode erhöht werden.Because the angle θa, θb between the side surface 40b of the ridge part 40a and the waveguide direction (the Y-axis direction) is set larger than the critical angle θc, the laser light in the higher order mode is cut off and the proportion of the laser light in the fundamental mode is increased . The groove part 70 is formed at least on the substrate 10 and the first semiconductor layer 20, and is disposed on the outside of the side surface 40b at least where the width of the ridge part 40a is small. Accordingly, as with reference to 16(c) described a downward movement of the distribution position of the laser light propagating on the ridge part 40a (of the waveguide WG) is less likely, thereby suppressing ripple in the vertical far field pattern. Thus, while ripple in the vertical FPP is suppressed, the proportion of the fundamental mode can be increased.

Der Nutteil 70 ist in dem Substrat 10 und in der ersten Halbleiterschicht 20 ausgebildet. Während also die Verteilungsposition des an dem Gratteil 40a (dem Wellenleiter WG) fortschreitenden Laserlichts an der Lichtemissionsschicht 30 gehalten wird, kann eine nach unten gerichtete Bewegung der Verteilungsposition des Laserlichts effektiv unterdrückt werden.The groove part 70 is formed in the substrate 10 and in the first semiconductor layer 20. Therefore, while the distribution position of the laser light propagating on the ridge part 40a (the waveguide WG) is maintained at the light emitting layer 30, downward movement of the distribution position of the laser light can be effectively suppressed.

In einer Draufsicht ist der Nutteil 70 entlang der Seitenfläche 40b auf der Außenseite der Seitenfläche 40b des Gratteils 40a angeordnet. Insbesondere ist der Nutteil 70 parallel angeordnet, sodass er durch mit einer Distanz Dd (siehe 11) in der Breitenrichtung in Bezug auf die Seitenfläche 40b beabstandet ist. Mit der minimalen Anordnung des Nutteils 70 kann eine nach unten gerichtete Bewegung der Verteilungsposition des an dem Gratteil 40a (dem Wellenleiter WG) fortschreitenden Laserlichts effektiv unterdrückt werden.In a plan view, the groove part 70 is arranged along the side surface 40b on the outside of the side surface 40b of the ridge part 40a. In particular, the groove part 70 is arranged parallel so that it passes through with a distance Dd (see 11 ) is spaced apart in the width direction with respect to the side surface 40b. With the minimal arrangement of the groove part 70, downward movement of the distribution position of the laser light propagating on the ridge part 40a (the waveguide WG) can be effectively suppressed.

Das Zusammensetzungsverhältnis (Ga/N) von Ga zu N an der Oberfläche des Nutteils 70 in der ersten Halbleiterschicht 20 ist höher als das Zusammensetzungsverhältnis (Ga/N) von Ga zu N im Inneren der ersten Halbleiterschicht 20. Wenn das Ga-Verhältnis des Nutteils 70 auf diese Weise vergrößert ist, ist der Lichtabsorptionseffekt vergrößert. Dementsprechend kann unnötiges Laserlicht in der Mode einer höheren Ordnung in der Nachbarschaft des Nutteils 70 absorbiert werden, wodurch die Modenkomponente einer höheren Ordnung reduziert werden kann.The composition ratio (Ga/N) of Ga to N on the surface of the groove part 70 in the first semiconductor layer 20 is higher than the composition ratio (Ga/N) of Ga to N inside the first semiconductor layer 20. If the Ga ratio of the groove part 70 is enlarged in this way, the light absorption effect is increased. Accordingly, unnecessary laser light can be used in the higher order mode in the night bility of the groove part 70 can be absorbed, whereby the higher order mode component can be reduced.

Weil wie in 2 gezeigt, der Querschnitt des Nutteils 70 eine rechteckige Form aufweist, werden das innere Ende und das äußere Ende in der X-Achsenrichtung des Nutteils 70 parallel zu der Z-Achsenrichtung. Dementsprechend wird in der Nachbarschaft zu der Position P1 an dem inneren Ende und in der Nachbarschaft zu der Position P2 an dem äußeren Ende eine Schnittfläche an jeder Schicht verursacht. Wenn eine Schnittfläche an jeder Schicht an der Position P1, P2 verursacht wird, kann das Laserlicht in der Mode einer höheren Ordnung gestreut werden, wodurch die Modenkomponente der höheren Ordnung reduziert werden kann.Because as in 2 As shown, the cross section of the groove part 70 has a rectangular shape, the inner end and the outer end in the X-axis direction of the groove part 70 become parallel to the Z-axis direction. Accordingly, a cut surface is caused at each layer in the vicinity of the position P1 at the inner end and in the vicinity of the position P2 at the outer end. When a cut surface is caused at each layer at the position P1, P2, the laser light can be scattered in the higher order mode, which can reduce the higher order mode component.

Der Winkel θa, θb zwischen der Seitenfläche 40b des Gratteils 40a und der Wellenleitungsrichtung (der Y-Achsenrichtung) ist größer gesetzt als der Grenzwinkel θc. In diesem Fall ist der Grenzwinkel θc der maximale Wert des Winkels, bei dem das Laserlicht vollständig an der Seitenfläche 40b reflektiert wird. Dann kann mit der Seitenfläche 40b des Gratteils 40a die an dem Gratteil 40a fortschreitende Modenkomponente einer höheren Ordnung reduziert werden und kann der Anteil der Grundmode erhöht werden.The angle θa, θb between the side surface 40b of the ridge part 40a and the wave guide direction (the Y-axis direction) is set larger than the critical angle θc. In this case, the critical angle θc is the maximum value of the angle at which the laser light is completely reflected on the side surface 40b. Then, with the side surface 40b of the ridge part 40a, the higher order mode component propagating on the ridge part 40a can be reduced and the proportion of the fundamental mode can be increased.

<Modifikationen><Modifications>

Vorstehend wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf die hier beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, die zudem auf verschiedene Weise modifiziert werden kann.An embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the embodiment described herein, which can also be modified in various ways.

Zum Beispiel besteht in der oben beschriebenen Ausführungsform das Innere des Nutteils 70 aus Luft. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es kann als ein Kleiner-Brechungsindex-Teil mit einem Brechungsindex, der kleiner als derjenige der ersten Halbleiterschicht 20 ist, auch eine dielektrische Schicht, die durch einen Siliciumoxidfilm (SiO2) implementiert wird, in dem Nutteil 70 ausgebildet sein. Alternativ dazu kann ein Zwischenraum zwischen einer dielektrischen Schicht und der ersten Halbleiterschicht 20 vorgesehen sein. Zum Beispiel kann in dem Nutteil 70 ein Dielektrikum 71 wie in den folgenden Modifikationen 1 bis 3 gezeigt angeordnet sein.For example, in the embodiment described above, the interior of the groove part 70 is made of air. However, the invention is not limited to this, and a dielectric layer implemented by a silicon oxide film (SiO 2 ) may also be included as a lower refractive index part having a refractive index smaller than that of the first semiconductor layer 20 Groove part 70 may be formed. Alternatively, a gap may be provided between a dielectric layer and the first semiconductor layer 20. For example, in the groove part 70, a dielectric 71 may be disposed as shown in the following modifications 1 to 3.

In der Modifikation 1 von 17(a), der Modifikation 2 von 17(b) und der Modifikation 3 von 18 ist im Unterschied zu der vorstehenden Ausführungsform das Dielektrikum 71 an dem Boden 70a des Nutteils 70 angeordnet. Der Brechungsindex des Dielektrikums 71 ist kleiner als der Brechungsindex der ersten Halbleiterschicht 20 und größer als der Brechungsindex der Luft. Das Dielektrikum 71 wird zum Beispiel durch einen Siliciumoxidfilm (SiO2) implementiert.In modification 1 of 17(a) , the modification 2 of 17(b) and modification 3 of 18 In contrast to the above embodiment, the dielectric 71 is arranged on the bottom 70a of the groove part 70. The refractive index of the dielectric 71 is smaller than the refractive index of the first semiconductor layer 20 and larger than the refractive index of air. The dielectric 71 is implemented by, for example, a silicon oxide film (SiO 2 ).

In den Modifikationen 1 und 2 ist ein Zwischenraum 72 zwischen der ersten Halbleiterschicht 20 und dem Dielektrikum 71 angeordnet, wobei sich die untere Fläche (die Fläche auf der negativen Seite der Z-Achse) des Dielektrikums 71 an einer oberen Position relativ zu der oberen Fläche des Substrats 10 befindet. In der Modifikation 1 ist der Zwischenraum 72 zwischen den linken und rechten Enden des Dielektrikums 71 und der Seitenfläche des Nutteils 70 angeordnet. In der Modifikation 2 bedeckt das Dielektrikum 71 den Boden 70a und ist der Zwischenraum 72 an der Grenze (Eckteil) zwischen dem Boden 70a und der Seitenfläche des Nutteils 70 angeordnet. In der Modifikation 3 ist die untere Fläche (die Fläche auf der negativen Seite der Z-Achse) des Dielektrikums 71 zwischen der oberen Fläche und der unteren Fläche des Substrats 10 angeordnet.In Modifications 1 and 2, a gap 72 is disposed between the first semiconductor layer 20 and the dielectric 71, with the lower surface (the surface on the negative side of the Z axis) of the dielectric 71 at an upper position relative to the upper surface of the substrate 10 is located. In modification 1, the gap 72 is arranged between the left and right ends of the dielectric 71 and the side surface of the groove part 70. In modification 2, the dielectric 71 covers the bottom 70a, and the gap 72 is disposed at the boundary (corner part) between the bottom 70a and the side surface of the groove part 70. In modification 3, the lower surface (the surface on the negative side of the Z axis) of the dielectric 71 is disposed between the upper surface and the lower surface of the substrate 10.

Wenn das Dielektrikum 71 in dem Nutteil auszubilden ist, wird das Dielektrikum 71 auf der gesamten Fläche auf der negativen Seite der Z-Achse des Substrats 10 in dem in 8(b) gezeigten Zustand ausgebildet. Wenn dann der dritte Schutzfilm 93 unter Verwendung eines Lösungsmittels, das nur den dritten Schutzfilm 93 entfernen kann, entfernt wird, wird das Dielektrikum 71 auf dem dritten Schutzfilm 93 durch eine Abhebung entfernt, sodass das Dielektrikum 71 nur in dem Nutteil 70 ausgebildet werden kann.When the dielectric 71 is to be formed in the groove part, the dielectric 71 is formed on the entire surface on the negative side of the Z-axis of the substrate 10 in the in 8(b) shown condition. Then, when the third protective film 93 is removed using a solvent that can only remove the third protective film 93, the dielectric 71 on the third protective film 93 is removed by lift-off, so that the dielectric 71 can be formed only in the groove part 70.

Wenn das Dielektrikum 71 wie in den Modifikationen 1 bis 3 in dem Nutteil 70 angeordnet ist, ändert sich der Brechungsindex in der Nachbarschaft des Nutteils 70 sanft, sodass eine Streuung des Lichts in der Grundmode aufgrund einer deutlichen Änderung des Brechungsindex unterdrückt werden kann. Dementsprechend kann das Verhältnis der Grundmode relativ erhöht werden. Wenn der Zwischenraum 72 wie in den Modifikationen 1 und 2 angeordnet ist, kann eine durch eine Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der ersten Halbleiterschicht 20 und dem Dielektrikum 71 verursachte mechanische Spannung entspannt werden. Deshalb kann auch bei einer hohen Temperatur ein stabiler Laserbetrieb realisiert werden. In der Modifikation 2 kann das Eindringen von Fremdstoffen von außen in den Eckteil des Nutteils 70, der als ein Durchgang für das Laserlicht dient, verhindert werden, wodurch eine Variation in dem Halbleiterlaserelement 1 unterdrückt werden kann. Und weil in der Modifikation 3 das Dielektrikum 71 bis zu dem Substrat 10 eingebettet ist, kann die Festigkeit des Halbleiterlaserelements 1 erhöht werden. Dementsprechend kann ein Brechen des Halbleiterlaserelements 1 aufgrund einer Belastung zum Zeitpunkt der Montage unterdrückt werden. Dadurch kenn die Zuverlässigkeit des Halbleiterlaserelements 1 erhöht werden.When the dielectric 71 is disposed in the groove part 70 as in modifications 1 to 3, the refractive index in the vicinity of the groove part 70 changes smoothly, so that scattering of light in the fundamental mode due to a significant change in the refractive index can be suppressed. Accordingly, the fundamental mode ratio can be relatively increased. When the gap 72 is arranged as in modifications 1 and 2, a mechanical stress caused by a difference in thermal expansion coefficient between the first semiconductor layer 20 and the dielectric 71 can be relaxed. Therefore, stable laser operation can be realized even at high temperatures. In the modification 2, the entry of foreign matter from outside into the corner part of the groove part 70 serving as a passage for the laser light can be prevented, whereby variation in the semiconductor laser element 1 can be suppressed. And in the modification 3, because the dielectric 71 is embedded up to the substrate 10, the strength of the semiconductor laser element 1 can be increased. Accordingly, breakage of the semiconductor laser element 1 due to a load at the time of Assembly can be suppressed. As a result, the reliability of the semiconductor laser element 1 can be increased.

In den Modifikationen 1 bis 3 wird das Dielektrikum 71 durch einen Siliciumoxidfilm (SiO2) implementiert, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist und auch ein anderes Material mit einem Brechungsindex, der kleiner als derjenige der ersten Halbleiterschicht 20 ist, verwendet werden kann. Auch in diesem Fall kann ähnlich wie in den Modifikationen 1 bis 3 durch das Dielektrikum 71 der Brechungsindex in der Nachbarschaft des Nutteils 70 stark geändert werden und kann durch den Nutteil 70 das Auftreten einer Welligkeit in dem vertikalen FPP unterdrückt werden. Beispiele für das Material des Dielektrikums 71 sind SiN (Brechungsindex: 2,07), Al2O3 (Brechungsindex: 1,79), AIN (Brechungsindex: 2,19) und ITO (Brechungsindex: 2,12). Wenn das Dielektrikum 71 aus ITO ausgebildet ist, kann ein Licht in der Mode einer höheren Ordnung stärker unterdrückt werden.In modifications 1 to 3, the dielectric 71 is implemented by a silicon oxide film (SiO 2 ), but the invention is not limited thereto and another material having a refractive index smaller than that of the first semiconductor layer 20 may also be used. Also in this case, similarly to modifications 1 to 3, the refractive index in the vicinity of the groove part 70 can be greatly changed by the dielectric 71, and the occurrence of ripple in the vertical FPP can be suppressed by the groove part 70. Examples of the material of the dielectric 71 are SiN (refractive index: 2.07), Al 2 O 3 (refractive index: 1.79), AlN (refractive index: 2.19) and ITO (refractive index: 2.12). When the dielectric 71 is formed of ITO, light in the higher order mode can be suppressed more.

Das Dielektrikum 71 kann aus einem Material (zum Beispiel Kohlenstoff oder amorphes Silicium) ausgebildet sein, das Licht von der Lichtemissionsschicht 30 absorbiert. Wenn das Dielektrikum 71 aus einem Material ausgebildet ist, das Licht von der Lichtemissionsschicht 30 absorbiert, wird das Laserlicht in der Mode einer höheren Ordnung abgeschnitten, wodurch der Anteil des Laserlichts in der Grundmode erhöht werden kann.The dielectric 71 may be formed of a material (for example, carbon or amorphous silicon) that absorbs light from the light-emitting layer 30. When the dielectric 71 is formed of a material that absorbs light from the light emitting layer 30, the laser light in the higher order mode is cut off, whereby the proportion of the laser light in the fundamental mode can be increased.

In der oben beschriebenen Ausführungsform ist wie in 1 gezeigt der Nutteil 70 auf der Außenseite der Seitenfläche 40b dort, wo die Breite des Gratteils 40a den lokalen minimalen Wert aufweist, angeordnet und nicht auf der Außenseite der Seitenfläche 40b dort, wo die Breite des Gratteils 40a den lokalen maximalen Wert aufweist, angeordnet. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und der Nutteil 70 kann wie in der Modifikation 4 von 19 gezeigt auch über die gesamte Außenseite der Seitenfläche 40b des Gratteils 40a hinweg angeordnet sein.In the embodiment described above, as in 1 shown, the groove part 70 is arranged on the outside of the side surface 40b where the width of the ridge part 40a has the local minimum value and is not arranged on the outside of the side surface 40b where the width of the ridge part 40a has the local maximum value. However, the invention is not limited to this, and the groove part 70 may be as in modification 4 of 19 shown can also be arranged over the entire outside of the side surface 40b of the ridge part 40a.

In der Modifikation 4 von 19 ist der Nutteil 70 mit einem bestimmten Abstand von der Seitenfläche 40b auf der Außenseite der Seitenfläche 40b angeordnet. Das innere Ende des Nutteils 70 ist parallel zu der Seitenfläche 40b, sodass es einer zyklischen Änderung in der Breitenrichtung der Seitenfläche 40b entspricht. Das äußere Ende des Nutteils 70 ist parallel zu der Y-Achsenrichtung. Weil in diesem Fall die n-seitige Elektrode 80, die in der Nachbarschaft des Wellenleiters WG in der Mitte angeordnet ist, und die n-seitigen Elektroden 80, die auf der linken und rechten Seite des Wellenleiters WG angeordnet sind, an der Fläche auf der negativen Seite der Z-Achse des Substrats 10 voneinander getrennt sind, ist der Draht 110 (siehe 10) derart gesetzt, dass die drei n-seitigen Elektroden 80 miteinander leitend sind. Alternativ dazu können die drei n-seitigen Elektroden 80 miteinander leitend sein, indem eine n-seitige Elektrode auch in dem Nutteil 70 ausgebildet wird. In der Modifikation 4 von 19 kann das äußere Ende des Nutteils 70 auch parallel zu der Seitenfläche 40b sein, um einer zyklischen Änderung in der Breitenrichtung der Seitenfläche 40b zu entsprechen.In modification 4 of 19 the groove part 70 is arranged at a certain distance from the side surface 40b on the outside of the side surface 40b. The inner end of the groove part 70 is parallel to the side surface 40b so that it corresponds to a cyclic change in the width direction of the side surface 40b. The outer end of the groove part 70 is parallel to the Y-axis direction. In this case, because the n-side electrode 80 disposed in the vicinity of the waveguide WG at the center and the n-side electrodes 80 disposed on the left and right sides of the waveguide WG are on the surface on the negative side of the Z-axis of the substrate 10 are separated from each other, the wire 110 (see 10 ) set such that the three n-side electrodes 80 are conductive to one another. Alternatively, the three n-side electrodes 80 may be conductive to each other by also forming an n-side electrode in the groove portion 70. In modification 4 of 19 The outer end of the groove part 70 may also be parallel to the side surface 40b to correspond to a cyclic change in the width direction of the side surface 40b.

In der oben beschriebenen Ausführungsform ist wie in 1 gezeigt in einer Draufsicht die Seitenfläche 40b in einer Richtung mit dem Winkel θa, θb in Bezug auf die Y-Achsenrichtung geneigt, wobei sie sich jedoch nicht in einer schrägen Richtung wie in 1 gezeigt erstrecken muss. Zum Beispiel kann wie in der Modifikation 5 von 20 gezeigt die Seitenfläche 40b aus einem Teil, der parallel zu der Y-Achsenrichtung ist, und einem Teil, der parallel zu der X-Achsenrichtung ist, bestehen.In the embodiment described above, as in 1 Shown in a plan view, the side surface 40b is inclined in a direction at the angle θa, θb with respect to the Y-axis direction, but is not in an oblique direction as shown in FIG 1 shown must extend. For example, as in modification 5 of 20 shown, the side surface 40b consists of a part that is parallel to the Y-axis direction and a part that is parallel to the X-axis direction.

In der Modifikation 5 von 20 erstrecken sich der Teil der Seitenfläche 40b, wo die Breite des Gratteils 40a den lokalen minimalen Wert aufweist, und der Teil der Seitenfläche 40b, wo die Breite des Gratteils 40a den lokalen maximalen Wert aufweist, jeweils in der Y-Achsenrichtung, und sind der Teil der Seitenfläche 40b, wo die Breite den lokalen minimalen Wert aufweist, und der Teil der Seitenfläche 40b, wo die Breite den lokalen maximalen Wert aufweist, durch einen Teil der Seitenfläche 40b, der parallel zu der X-Achsenrichtung ist, miteinander verbunden. Auch in diesem Fall ändert sich die Breite des Gratteils 40a zyklisch in Entsprechung zu der Position in der Wellenleitungsrichtung (der Y-Achsenrichtung) des Gratteils 40a. Der Winkel zwischen der Seitenfläche 40b des Gratteils 40a und der Wellenleitungsrichtung (der Y-Achsenrichtung), d.h. der Winkel zwischen dem Teil der Seitenfläche 40b, der parallel zu der X-Achsenrichtung ist, und der Wellenleitungsrichtung (der Y-Achsenrichtung), ist größer als der Grenzwinkel θc. Der Nutteil 70 weist eine rechteckige Form in einer Draufsicht auf und ist auf der Außenseite des Teils der Seitenfläche 40b, wo die Breite des Gratteils 40a den lokalen minimalen Wert aufweist, angeordnet. Deshalb wird auch in der Modifikation 5 eine Welligkeit in dem vertikalen Fernfeldmuster unterdrückt und kann der Anteil der Grundmode erhöht werden.In modification 5 of 20 The part of the side surface 40b where the width of the ridge part 40a has the local minimum value and the part of the side surface 40b where the width of the ridge part 40a has the local maximum value extend in the Y-axis direction, respectively, and are the part the side surface 40b where the width has the local minimum value and the part of the side surface 40b where the width has the local maximum value are connected to each other by a part of the side surface 40b that is parallel to the X-axis direction. Also in this case, the width of the ridge part 40a changes cyclically in accordance with the position in the waveguide direction (the Y-axis direction) of the ridge part 40a. The angle between the side surface 40b of the ridge part 40a and the wave guiding direction (the Y-axis direction), that is, the angle between the part of the side surface 40b that is parallel to the X-axis direction and the wave guiding direction (the Y-axis direction) is larger as the critical angle θc. The groove part 70 has a rectangular shape in a plan view and is disposed on the outside of the part of the side surface 40b where the width of the ridge part 40a has the local minimum value. Therefore, in modification 5, a ripple in the vertical far field pattern is also suppressed and the proportion of the fundamental mode can be increased.

In der oben beschriebenen Ausführungsform weist die Seitenfläche 40b des Gratteils 40a eine lineare Form in einer Draufsicht auf. Solange jedoch die Bedingung der Formel (3) erfüllt wird, kann die Seitenfläche 40b eine gekrümmte Form in einer Draufsicht aufweisen.In the embodiment described above, the side surface 40b of the ridge portion 40a has a linear shape in a plan view. However, as long as the condition of formula (3) is satisfied, the side surface 40b can have a curved shape in a plan view.

In der oben beschriebenen Ausführungsform weist der Querschnitt des Nutteils 70 eine rechteckige Form auf, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist und der Querschnitt auch eine trapezförmige Form, eine dreieckige Form, eine elliptische Form usw. aufweisen kann.In the embodiment described above, the cross section of the groove part 70 is right angular shape, although the invention is not limited to this and the cross section can also have a trapezoidal shape, a triangular shape, an elliptical shape, etc.

In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Nutteil 70 in dem Substrat 10 und in der ersten Halbleiterschicht 20 ausgebildet, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist und sich der Nutteil 70 auch über die n-seitige Lichtleiterschicht 31, die erste Halbleiterschicht 20 und das Substrat 10 erstrecken kann. Der Nutteil 70 kann von der unteren Fläche des Substrats 10 zu der n-seitigen Lichtleiterschicht 31 ausgebildet sein und mit dem Substrat 10, der ersten Halbleiterschicht 20 und der n-seitigen Lichtleiterschicht 31 verbunden sein.In the embodiment described above, the groove part 70 is formed in the substrate 10 and in the first semiconductor layer 20, but the invention is not limited thereto and the groove part 70 also extends over the n-side light guide layer 31, the first semiconductor layer 20 and the substrate 10 can extend. The groove part 70 may be formed from the lower surface of the substrate 10 to the n-side light guide layer 31 and connected to the substrate 10, the first semiconductor layer 20 and the n-side light guide layer 31.

In der oben beschriebenen Ausführungsform müssen das Halbleiterlaserelement 1 und die Halbleiterlaservorrichtung 2 nicht notwendigerweise bei der Verarbeitung eines Produkts verwendet werden und können auch für einen anderen Zweck verwendet werden.In the embodiment described above, the semiconductor laser element 1 and the semiconductor laser device 2 do not necessarily have to be used in processing a product and may also be used for another purpose.

Außerdem können verschiedene weitere Modifikationen an der beschriebenen Ausführungsform vorgenommen werden, ohne dass deshalb der durch die Ansprüche definierte Erfindungsumfang verlassen wird.In addition, various further modifications may be made to the described embodiment without departing from the scope of the invention as defined by the claims.

LISTE DER BEZUGSZEICHENLIST OF REFERENCE SYMBOLS

11
Halbleiterlaserelementsemiconductor laser element
1010
SubstratSubstrate
2020
erste Halbleiterschichtfirst semiconductor layer
3030
Lichtemissionsschichtlight emission layer
3232
aktive Schichtactive layer
4040
zweite Halbleiterschichtsecond semiconductor layer
40a40a
Gratteilburr part
40b40b
Seitenflächeside surface
7070
Nutteilgroove part
7171
Dielektrikumdielectric
7272
Zwischenraumspace

Claims (8)

Halbleiterlaserelement, umfassend: ein Substrat, eine erste Halbleiterschicht, die über dem Substrat angeordnet ist, eine Lichtemissionsschicht, die über der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist, eine zweite Halbleiterschicht, die über der Lichtemissionsschicht angeordnet ist, und einen Nutteil, der wenigstens an dem Substrat und der ersten Halbleiterschicht ausgebildet ist, wobei die zweite Halbleiterschicht einen Gratteil für das Leiten des in der Lichtemissionsschicht erzeugten Laserlichts aufweist, wobei sich die Breite des Gratteils zyklisch in Entsprechung zu der Position in einer Wellenleitungsrichtung des Gratteils ändert, wobei der Winkel zwischen einer Seitenfläche des Gratteils und der Wellenleitungsrichtung größer ist als ein Grenzwinkel, der durch einen effektiven Brechungsindex jeweils auf einer Innenseite des Gratteils und einer Außenseite des Gratteils definiert wird, und wobei der Nutteil auf der Außenseite der Seitenfläche wenigstens dort, wo die Breite des Gratteils klein ist, angeordnet ist.Semiconductor laser element comprising: a substrate, a first semiconductor layer arranged above the substrate, a light emission layer arranged over the first semiconductor layer, a second semiconductor layer disposed over the light emitting layer, and a groove part formed at least on the substrate and the first semiconductor layer, wherein the second semiconductor layer has a ridge part for guiding the laser light generated in the light emission layer, wherein the width of the ridge part changes cyclically in accordance with the position in a waveguiding direction of the ridge part, wherein the angle between a side surface of the ridge part and the wave guiding direction is larger than a critical angle defined by an effective refractive index on an inside of the ridge part and an outside of the ridge part, respectively, and wherein the groove part is arranged on the outside of the side surface at least where the width of the ridge part is small. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 1, wobei: das Zusammensetzungsverhältnis von Ga zu N an einer Oberfläche des Nutteils in der ersten Halbleiterschicht größer ist als das Zusammensetzungsverhältnis von Ga zu N im Inneren der ersten Halbleiterschicht.Semiconductor laser element Claim 1 , where: the composition ratio of Ga to N at a surface of the groove part in the first semiconductor layer is larger than the composition ratio of Ga to N inside the first semiconductor layer. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei: ein Dielektrikum mit einem Brechungsindex, der kleiner als derjenige der ersten Halbleiterschicht ist, in dem Nutteil angeordnet ist.Semiconductor laser element Claim 1 or 2 , wherein: a dielectric with a refractive index smaller than that of the first semiconductor layer is arranged in the groove part. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 3, wobei: ein Zwischenraum zwischen der ersten Halbleiterschicht und dem Dielektrikum angeordnet ist.Semiconductor laser element Claim 3 , wherein: a gap is arranged between the first semiconductor layer and the dielectric. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 3 oder 4, wobei: das Dielektrikum ein Material, das Licht von der Lichtemissionsschicht absorbiert, ist.Semiconductor laser element Claim 3 or 4 , where: the dielectric is a material that absorbs light from the light-emitting layer. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 5, wobei: das Dielektrikum aus Kohlenstoff ausgebildet ist.Semiconductor laser element Claim 5 , where: the dielectric is made of carbon. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 3 oder 4, wobei: das Dielektrikum durch einen Siliciumoxidfilm implementiert wird.Semiconductor laser element Claim 3 or 4 , where: the dielectric is implemented by a silicon oxide film. Halbleiterlaserelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: der Grenzwinkel ein maximaler Wert eines Winkels, bei dem das Laserlicht an der Seitenfläche vollständig reflektiert wird, ist.Semiconductor laser element according to one of the Claims 1 until 7 , where: the critical angle is a maximum value of an angle at which the laser light is completely reflected on the side surface.
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